DE1765642B1 - Elektrische schaltvorrichtung zum ueberwachen von stroemungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen von Strömungen mit einem in einem Meßrohr von der Strömung geradlinig verschiebbaren Stabmagneten, mit einem außerhalb des Meßrohres im Magnetfeld des Stabmagneten liegenden, von diesem betätigten und um eine Drehachse verdrehbaren Drehmagneten und mit einem von dem Drehmagneten betätigbaren Schalter.

In der französischen Patentschrift 1 251 001 wird eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes eines Behälters beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist ein Stabmagnet mit einem in dem Behälter aufschwimmenden Schwimmer verbunden und beeinflußt einen um eine Achse verdrehbaren weiteren Stabmagneten, der nach Maßgabe seiner von dem Stabmagneten bedingten Drehstellung an Kontakte eines Schalters anschlägt und damit in einen elektrischen Stromkreis eingreift.

Aus dem Gebrauchsmuster 1 841 971 ist weiter ein Strömungsschalter bekannt, der in der Leitung eines strömenden, gasförmigen oder flüssigen Mediums gelegen ist und unter dem Einfluß des kinetischen Druckes des strömenden Mediums eine elektrische Schaltung betätigt. Der kinetische Druck des strömenden Mediums verschiebt dabei einen durch eine Druckfeder belasteten Magneten, der seinerseits einen in seinem Magnetfeld liegenden elektrischen Schalter beeinflußt.

Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen von Strömungen und insbesondere eine Vorrichtung, mit der festgestellt wird, ob die Geschwindigkeit der Strömung einen Sollwert erreicht oder sogar unterschreitet oder überschreitet. Zum Messen der Geschwindigkeit von Strömungen sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Strömung von unten nach oben durch ein sich konisch erweiterndes Meßrohr durchgeleitet wird, in dem ein Schwimmer zwischen einer unteren und einer oberen Endstellung verschiebbar ist. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit Null oder bei geringer Strömungsgeschwindigkeit befindet sich der Schwimmer in seiner unteren Endstellung. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird er von dieser in Richtung auf seine obere Endstellung mitgenommen, und es stellt sich jeweils ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem der den Schwimmer nach aufwärts bewegende Strömungsdruck seinem Eigengewicht das Gleichgewicht hält, das ihn in der Strömung nach unten zieht. Es ist bekannt, den Schwimmer mit einem Stabmagneten zu verbinden, der durch sein Magnetfeld durch das Meßrohr hindurch nach außen wirkt und dort weitere Magnete oder Schalter beeinflussen kann.

Es leuchtet ein, daß eine für viele Zwecke verwendbare Überwachungsvorrichtung je nach dem bestimmten Einsatzzweck auf andere Werte, d. h. andere Strömungsparameter, eingestellt werden muß. In einem Fall soll z. B. festgestellt werden, wann die Strömung einen Wert von zehn Einheiten erreicht, während in einem anderen Fall das Erreichen eines Wertes von zwanzig Einheiten überwacht werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Überwachen von Strömungen so auszubilden, daß sie sich mit leicht durchführbaren äußeren Eingriffen oder Verstellungen mühelos auch von ungeschultem Personal auf verschiedene Werte der zu überwachenden Strömung einstellen läßt.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß ein dritter Magnet im Magnetfeld zwischen dem Drehmagneten und dem Schalter angeordnet ist.

Während der in dem Meßrohr befindliche Stabmagnet und der mit diesem magnetisch gekoppelte Drehmagnet überhaupt nicht bzw. nur unter Veränderung der magnetischen Kopplung verstellbar sind, läßt sich der dritte Magnet leicht so einstellen, daß er die magnetische Einwirkung des Drehmagneten auf den von diesem betätigbaren Schalter begünstigt oder hemmt, so daß damit die gesamte Vorrichtung einfach auf andere Werte eingestellt werden kann.

Auf diese Weise erhält man z. B. eine einfache von außen einstellbare Alarmvorrichtung, die die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit über oder die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit unter einen bestimmten Wert anzeigt. Ebenso erhält man einen richtungsempfindlichen Alarm, der bei Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit über einen Sollwert hinaus ausgelöst wird. Das heißt, daß die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit über den Sollwert hinaus den Alarm auslöst und dieser so lange wirksam bleibt, wie die Strömungsgeschwindigkeit über dem Sollwert liegt. Die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt dagegen, daß der Alarm abgeschaltet und so lange nicht erneut ausgelöst wird, wie die Strömungsgeschwindigkeit unter dem Sollwert liegt. Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen dritten Magneten läßt sich dieser Sollwert einfach einstellen.

Um eine leichte Einstellung der Vorrichtung bzw. des Schalters zu ermöglichen, sieht die Erfindung in einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine Einrichtung zum Einstellen der Winkelstellung des dritten Magneten vor. Mit dieser Einrichtung dreht man den dritten Magneten in das magnetische Feld zwischen dem Drehmagneten und dem Schalter hinein oder dreht ihn aus diesem Feld heraus. Damit läßt sich z. B. das Minimum des Magnetflusses bzw. die Minimalauslenkung des in dem Meßrohr verschiebbaren Stabmagneten einstellen, bei dem der Schalter anspricht und z. B. einen Alarm auslöst.

Als zweckmäßig hat sich eine Ausgestaltung herausgestellt, bei der der dritte Magnet auf einer Seite der Drehachse des Drehmagneten im Abstand von diesem liegt und mindestens einer seiner Pole exzentrisch zur Drehachse liegt.

Zur praktischen Verwirklichung und zur Verstellung des Drehmagneten sieht die Erfindung ein Gehäuse mit einer Einrichtung zur drehbaren Halterung des Drehmagneten vor, einen Stab, der den dritten Magneten und den Schalter trägt, wobei der Stab im Gehäuse durch Einwirkung einer äußeren Kraft um eine Achse drehbar ist, die im wesentlichen mit der Drehachse des Drehmagneten zusammenfällt, wodurch eine wahlweise Winkelverschiebung des dritten Magneten und des Schalters um diese Achse bewirkt wird, und wobei der Stab eine mit dem Gehäuse in Reibungseingriff stehende Einrichtung aufweist, um ihn in irgendeiner Winkelstellung festzuhalten.

In einer weiteren Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß der Schalter ein ohne weitere mechanische Mittel unmittelbar durch das Magnetfeld des Drehmagneten betätigter Zungenschalter ist.

Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß zwei Schalteinheiten an den Schalter angeschlossen sind, von denen jede einen anderen elektrischen Stromkreis entsprechend der Verschiebung des Stabmagneten schalten kann und von denen jede unabhängig von der anderen einstellbar ist.

Als Beispiel für die Erfindung wird im folgenden eine Anwendung auf ein Strömungsmeßgerät beschrieben. Dieses ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei ist

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, eines Strömungsmeßgerätes mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Schnitt entlang der Linie2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 eine Ansicht in das Innere in Blickrichtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1,

F i g. 4 eine Ansicht der Halterung für den dritten Magneten und den Zungenschalter,

F i g. 5 eine Ansicht des äußeren Endes der Halterung gemäß F i g. 4,

F i g. 6 eine schematische Darstellung des im Meßrohr befindlichen Magneten und des Drehmagneten in verschiedenen Stellungen,

F i g.7 schematisch ein Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 a und 8 b je ein schematischer Querschnitt, ebenfalls nach der Linie 7-7 in Fig. 6, welche Endstellungen des Drehmagneten und des dritten Magneten am Zungenschalter veranschaulichen, die der minimalen bzw. der maximalen Feldstärke entsprechen,

F i g. 9 a, 9 b und 9 c je eine schematische Ansicht, welche veranschaulicht, wie der Schaltpunkt (Alarmauslösung) durch Verändern der Winkelstellung des Zungenschalters und des dritten Magneten ausgewählt wird,

Fig. 10 a und 10 b je eine den Fig. 8 a und 8 b ähnliche schematische Ansicht, welche die Magnetstellungen veranschaulichen, die der minimalen bzw. der maximalen Feldstärke für eine andere axiale Anordnung des dritten Magneten relativ zum Zungenschalter und Drehmagneten entsprechen, und

F i g. 11 ein Teilschnitt ähnlich F i g. 3 durch eine abgeänderte Ausführungsform mit nur einer Schalteinheit.

Fig. 1 zeigt ein Strömungsmeßgerät 10 mit einem Meßrohr 11 mit einem Durchlaß 12 für die Aufwärtsströmung der zu messenden Strömung und einem in seinem Durchmesser zunehmenden Abschnitt 14, der einen Durchlaß 15 umschließt. Die Flüssigkeit tritt in den Durchlaß durch den Einlaß 16 am unteren Ende ein und tritt durch den Auslaß 17 am oberen Ende aus. An den Enden des Meßrohres 11 sind untere und obere Flansche 18 bzw. 19 befestigt, die zum Anschluß an ein Leitungssystem dienen.

Ein Schwimmer 20 ist im Durchlaß 12 zwecks Bewegung längs einer senkrechten geradlinigen Bahn angeordnet. Der Schwimmer 20 hat einen scheibenförmigen Kopf 21, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser auf einem vorgewählten unteren Niveau 22 a im Abschnitt 15. Der Schwimmer weist ferner ein zylindrisches Teil 23 auf. Der Schwimmer 20 trägt zwei senkrechte Führungsstangen 25 und 26, die durch ortsfeste Führungsbuchsen 27 und 28 durchtreten. Die Führungsbuchsen sind in den oberen und unteren Enden des Durchlasses 12 angeordnet. Sie begrenzen die Bewegung des Kopfes

21 zwischen dem unteren Niveau 22 a und einem oberen Niveau 22 b.

Der Schwimmerkopf 21 und der Abschnitt 14 wirken zusammen und begrenzen einen Ringraum für die Flüssigkeitsströmung. Infolge der nach unten gerichteten Verjüngung des Durchlasses 15 wird die Querschnittsfläche dieses Ringraumes progressiv größer, wenn der Schwimmerkopf 21 über das Niveau

22 α angehoben wird. Beim Strömen der Flüssigkeit durch den Durchlaß 12 wird der Schwimmer mitgenommen und nimmt eine Stellung ein, die durch die Geschwindigkeit der Strömung durch den Durchlaß bestimmt wird, so daß die Schwimmerstellung eine Anzeige für die Strömungsgeschwindigkeit liefert. Eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt ein Ansteigen des Schwimmers 20, während eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit ein Sinken des Schwimmers 20 bewirkt.

Innerhalb des Schwimmerteils 23 ist ein permanen- z. B. manuell leicht verdreht werden kann, wird sie

ter Stabmagnet 32 angeordnet. Dieser ist so einge- beim Fehlen einer solchen Kraft durch die Feder 63

stellt, daß seine magnetische Achse mit der Achse der in jeder Stellung festgehalten. Das äußere Ende 66

Bewegungsbahn des Schwimmers 20 zusammenfällt. der Welle 54 ragt aus dem Gehäuse nach außen. Sie

Wenn sich daher der Schwimmerkopf 21 zwischen S trägt einen Ring 66 a, der als Anschlag dient und eine

den Niveaus 22 α und 22 b bewegt, wird der Stab- Axialbewegung nach innen verhindert,

magnet 32 in der Richtung seiner magnetischen Der innerhalb des Gehäuses 40 befindliche Teil der

Achse zwischen dem oberen und unteren Niveau ver- Welle 54 trägt einen Anschlagzapfen 67 a. Dieser

schoben. Beim Zusammensetzen des Schwimmers 20 Anschlagzapfen 67 α steht mit einem von der vorde-

wird der Stabmagnet 32 in einer Bohrung 33 des io ren Gehäusewand nach innen vorstehenden Ansatz

Schwimmerteils 23 angeordnet, worauf ein Kopfteil 67 δ in Eingriff und begrenzt die Drehung der Welle

34 in das obere Ende der Bohrung 33 eingeschraubt 54 auf einen bestimmten Winkelbereich. Der Zungen-

wird. In der Bohrung wird zwischen dem oberen schalter 55 weist zwei biegsame Metallamellen 68

Ende des Stabmagneten 32 und dem Kopfteil 34 eine auf, die sich gegenüberliegen. Sie liegen im Abstand

kleine Spiralfeder 35 angeordnet. 15 voneinander in einer Glashülse 70, die eine Wasser-

Außerhalb des Meßrohres 11 ist eine Anzeigeein- stoff atmosphäre enthält. Zwei Kontakte 72, die mit

richtung für die Stellung des Stabmagneten 32 an- den beiden Lamellen 68 verbunden sind, ragen aus

geordnet. Die Anzeigeeinrichtung ist in ein Gehäuse den beiden Enden der Hülse 70 heraus und sind an

36 eingeschlossen, das mit einem Bügel 38 am Meß- Leitungen 73 angeschlossen.

rohr 11 befestigt ist. 20 Der Zungenschalter 55 spricht auf Veränderungen In einem Gehäuse 40 aus unmagnetischem Mate- der Stärke des Magnetfeldes, in dem er angeordnet rial, das außerhalb des Meßrohres 11 ortsfest mit ist, an. Beim Fehlen eines Magnetfeldes liegen seine Λ dem gleichen Bügel 38 befestigt ist, ist der Dreh- Lamellen 68 im Abstand voneinander. Wenn jedoch ™ magnet42 (z.B. ein Alnico-Magnet) in einem Alumi- ein Magnetfeld von genügender Stärke auf den niumhalter 42 α festgeklemmt. Dieser ist in Lagern 43 25 Schalter 55 einwirkt, werden die Lamellen 68 aufin einem Aluminiummantel 45 derart angeordnet, einander gebogen, so daß der Stromkreis geschlosdaß eine freie Drehung des Drehmagneten 42 und des sen wird und so lange geschlossen bleibt, wie die Halters 42 a innerhalb des Mantels 45 in einer Dreh- Feldstärke auf einem Sollwert oder oberhalb gehalebene möglich ist, welche die magnetische Achse ten wird.

des Magneten enthält. 30 Wie die F i g. 2 und 4 zeigen, liegt der Zungen-

Der Mantel 45 besteht aus einem hohlen Rahmen schalter 55 in einer Bohrung 75, die sich quer durch

47 und aus Deckelplatten 48, welche die Lager 43 den Kopf 61 erstreckt. Der Zungenschalter grenzt da-

aufnehmen und an den gegenüberliegenden offenen her an den Drehmagneten 42 an. Seine Lamellen He-

Enden des Rahmens durch Schrauben 49 an ihrem gen im allgemeinen parallel zur Drehebene des Ma-

Platz gehalten werden. Der Mantel ist durch Schrau- 35 gneten 42.

ben 50 auf der Innenseite des Gehäuses 40 befestigt, Von der Innenseite des Kopfes 61 geht eine zweite

so daß die Drehachse des Drehmagneten 42 in einer Bohrung 76 teilweise durch diesen hindurch. Sie

waagerechten Ebene liegt, welche die senkrechte Be- kreuzt die Bohrung 75 und setzt sich über diese hin-

wegungsbahn des Stabmagneten 32 kreuzt. aus vom Drehmagneten weg in den Kopf fort. Die

Der Drehmagnet 42 ist derart angeordnet, daß er 40 Bohrung 76 ist zur Drehachse der Welle 54 und des

durch das Meßrohr 11 hindurch mit dem Stabmagne- Drehmagneten 42 parallel. In der Bohrung 76 ist der

ten 32 magnetisch gekoppelt ist und infolge dieser dritte Magnet 56 angeordnet, der ein kleiner, an sei-

Kopplung einer Winkelverschiebung um seine Dreh- nen Enden polarisierter, permanenter Stabmagnet ist,

achse unterworfen ist, die zur Bewegung des Stab- z. B. ein Alnico-Magnet. Die magnetische Achse des \

magneten 32 im wesentlichen linear proportional ist. 45 Magneten 56 ist in der Bohrung 76 parallel zur

Der Drehmagnet 42 nimmt für jede senkrechte Stel- Drehachse des Magneten 42 eingestellt. Der Magnet

lung des Stabmagneten 32 eine bestimmte Winkelstel- 56 ist in der Bohrung 76 auf der von dem Magneten

lung ein. 42 abgekehrten Seite des Schalters 55 angeordnet.

Die Vorrichtung enthält ferner eine Schalteinheit Wie insbesondere F i g. 2 zeigt, sind daher die Pole

52, die auf einer Welle 54 drehbar im Gehäuse 40 ge- 50 des Magneten 56 exzentrisch zur Drehachse des Ma-

lagert ist. An der Welle 54 sind ein Zungenschalter gneten 42 angeordnet.

55 und der dritte Magnet 56 befestigt. Wie insbeson- Beim Zusammensetzen der Vorrichtung wird zu-

dere die Fig. 2 und 3 zeigen, weist die Welle 54 nächst der Magnet 56 in die Bohrung 76 eingeführt,

ein zylindrisches Stück 58 auf, das sich durch eine worauf der Zungenschalter 55 in die Bohrung 75 ge-

Bohrung 59 in einer Seitenwand des Gehäuses 40 ge- 55 schoben wird. Wenn der Zungenschalter derart an-

gen den Mantel 45 längs einer Achse erstreckt, die im geordnet ist, blockiert er die Öffnung der Bohrung

wesentlichen mit der Drehachse des Magneten 42 zu- 76, so daß der Magnet 56 an seinem Platz gehalten

sammenfällt. Die Welle 54 endet in einem Verbreiter- wird. Der Zungenschalter wird in der Bohrung 75

ten Kopf 61, welcher den dritten Magneten 56 und festgehalten, indem einer der Leitungsdrähte 73 um

den Zungenschalter 55 trägt. 60 eine kleine Schraube 78 gewickelt wird, die auf der

Innerhalb des Gehäuses 40 ist das Stück 58 von Seite des Kopfes 61 angeordnet ist. einer Spiralfeder 63 umgeben, die unter Druck zwi- Die Drähte 73 erstrecken sich von den beiden Enschen dem Kopf 61 und einem mit der Gehäusewand den der Bohrung 75 durch eine andere Querbohrung aus einem Stück bestehenden Vorsprung 64 angeord- 80 in der Welle 54 zu Klemmen eines Relais 82, das net ist. Die Feder hält den Kopf 61 in unmittelbarer 65 ebenfalls im Gehäuse 40 angeordnet ist. Das Relais Nähe des Mantels 45 und übt auch auf den Kopf 61 82 umfaßt eine Relaiseinheit 84, die auf einer Kleineine Reibungskraft aus, um der Drehung der Welle menleiste 85 angeordnet ist. Eine nicht dargestellte entgegenzuwirken. Während daher die Welle 54 Alarmeinrichtung ist an das Relais 82 durch Drähte

angeschlossen, die durch eine Öffnung 86 im Boden des Gehäuses 40 hindurchgehen.

Die oben beschriebene Schaltvorrichtung betätigt das Relais 82, um bei Bewegung des Schwimmers 20 in eine bestimmte Stellung einen Alarm auszulösen. Dieser Vorgang wird durch Öffnung oder Schließung des Zungenschalters bewirkt, der auf Veränderungen in dem auf ihn einwirkenden Magnetfeld anspricht, welche sich aus einer Veränderung der Winkelstellung des Drehmagneten 42 ergeben.

Die Höhenlage des Schwimmers, bei der der Schaltvorgang erfolgt, wird durch die Winkelstellung des Magneten 56 bestimmt. Diese Winkelstellung ist durch Drehung der Welle 54 einstellbar.

Wie F i g. 5 zeigt, ist eine Anzeigescheibe 88 auf der Außenseite des Gehäuses 40 angeordnet und mit winklig versetzten Anzeigeansätzen 89 α und 89 b versehen. Auf dem Ende 66 der Welle 54 sitzt ein Pfeil 90, der die Winkelstellung des Magneten 56 anzeigt, ao

Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, ist für eine zweite und unabhängige Alarmschaltung eine zweite Schalteinheit 92 im Gehäuse 40 angeordnet. Die Wirkungsweise der Schalteinheit wird ebenfalls durch den Drehmagneten 42 gesteuert. Sie kann aber so eingestellt werden, daß sie z. B. über ein zweites Relais 92 eine Alarmvorrichtung auf einem Schwimmerniveau betätigt, das von der Einstellung der ersten Schalteinheit 52 unabhängig ist. Die Einheit 52 kann beispielsweise so eingestellt werden, daß sie bei Zunahme der Strömung über einen bestimmten Wert einen Alarm auslöst, während die Einheit 92 so eingestellt werden kann, daß sie bei Abnahme der Strömung unter einen Wert einen Alarm auslöst. Da die beiden Schalteinheiten auf die gleiche Weise wirken, wird nur die Wirkungsweise der Einheit 52 genauer beschrieben.

Die Wirkungsweise der Schaltvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 6 bis 9 c beschrieben. Diese Figuren zeigen den Zungenschalter und die zugehörigen Magnete in einer Anordnung, welche einen Schalterschließvorgang bei Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit auf einen bestimmten Wert bewirken. In dem besonderen Beispiel, das in den F i g. 6 bis 9 c dargestellt ist, ist der Stabmagnet 32 so eingestellt, daß sein Nordpol nach oben gerichtet ist, während der Magnet 56 so eingestellt ist, daß sein Südpol auf den Drehmagneten 42 gerichtet ist. Außerdem ist in diesen Figuren der dritte Magnet 56 so dargestellt, daß er auf der vom Magneten 32 abgekehrten Seite der Drehachse des Magneten 42 liegt. Wenn sich daher der Magnet 42 dreht, ist der dem Magneten 56 am nächsten liegende Pol des Magneten 42 immer jener Pol, der von dem Stabmagneten 32 weg gerichtet ist.

F i g. 6 veranschaulicht schematisch die Stellungen des Magneten 32 und des Magneten 42, wenn sich der Schwimmer 20 zwischen den unteren und oberen Grenzen seiner Bahn bewegt. Die Stellung des Magneten 32, welche der tiefsten Schwimmerstellung entspricht, ist in Fig. 6 bei 32a dargestellt. Die Stellung des Magneten 32, welche der höchsten Schwimmerstellung entspricht, ist bei 32 b dargestellt. Wenn sich der Schwimmer 20 in der Mitte seiner Bahn befindet, nimmt der Magnet 32 die Stellung c ein.

Wie bereits erwähnt, ist der Drehmagnet 42 mit dem Magneten 32 magnetisch gekoppelt und daher einer Winkelverschiebung entsprechend dessen senkrechter Bewegung unterworfen. Wenn sich der Magnet 32 in seiner tiefsten Stellung 32 α befindet, ist sein dem Drehmagneten am nächsten liegender Pol der obere Pol, d. h. der Nordpol. Der Drehmagnet 42 ist daher so eingestellt, daß sein Südpol gegen den Magneten 32 gerichtet ist, und nimmt dann die mit 42 α bezeichnete Stellung ein. Wenn sich der Magnet 32 nach oben in die mittlere Stellung 32 c bewegt, dreht sich der Magnet 42 in eine senkrechte Stellung 42 c, in welcher sein Südpol nach oben gerichtet ist, so daß die Nord- und Südpole des Magneten 32 im gleichen Abstand von den Süd- und Nordpolen des Drehmagneten 42 liegen. Bei weiterer Aufwärtsbewegung des Magneten 32 in seine höchste Stellung 32 b wird sein Südpol jener Pol, der dem Magneten 42 am nächsten liegt. Der Magnet 42 dreht sich daher über die senkrechte Mittelstellung 42 c hinaus in die Stellung 42 b, in welcher sein Nordpol auf den Magneten 32 gerichtet ist.

Mit anderen Worten, die senkrechte Bewegung des Magneten 32 über die ganze Länge seiner Bahn bewirkt eine Winkelverschiebung des Drehmagneten 42 um einen Gesamtwinkel m, der zwischen den Linien A (entsprechend der Magnetstellung 42 a) und B (entsprechend der Magnetstellung 42 b) liegt.

Die Stellung des Zungenschalters 55 und des dritten Magneten 56 relativ zum Magneten 32 und zum Drehmagneten 42 ist in F i g. 7 schematisch im Grundriß dargestellt. Die F i g. 8 a und 8 b zeigen schematisch in einem ähnlichen Grundriß die Wirkung der Winkelvorrichtung des Magneten 42 auf das Magnetfeld, das auf die Lamellen 68 des Zungenschalters 55 einwirkt.

Gemäß F i g. 8 a ist der Magnet 42 so eingestellt, daß seine magnetische Achse in der Ebene liegt, die durch seine Drehachse und die magnetische Achse des dritten Magneten 56 bestimmt wird. Infolge der beschriebenen exzentrischen Anordnung und Einstellung dieses Magneten liegt dessen gegen den Magneten 42 gerichteter Südpol dem einen Endpol des Magneten 42 näher als dem anderen Endpol des Magneten 42. Gemäß F i g. 8 a ist der Magnet 42 so eingestellt, daß sein Nordpol an den Magneten 56 angrenzt. Gemäß den F i g. 6 und 7 ist dies annähernd die Einstellung, in der sich der Magnet 42 in der Stellung 42 α befindet, welche der tiefsten Stellung des Schwimmers 20 und des Magneten 32 entspricht.

In der in F i g. 8 a gezeigten Einstellung weisen daher die einander naheliegenden Enden des Drehmagneten 42 und des Magneten 56 entgegengesetzte Polarität auf. Obwohl das Magnetfeld des Magneten 56 allein Feldlinien aufweisen würde, die durch den Zungenschalter 55 hindurchgehen und auf diesen einwirken, wird durch sein Zusammenwirken mit dem Drehmagneten 42 in der Einstellung gemäß F i g. 8 a bewirkt, daß sich die Feldlinien der beiden Magnete in ihrem Verlauf vereinigen, so daß sie die Lamellen 68 des Zungenschalters 55 umgehen und dadurch das auf diesen einwirkende Magnetfeld abschwächen. Infolgedessen ist das Magnetfeld am Zungenschalter nicht ausreichend, um die Lamellen zu schließen, und der Schalter bleibt daher geöffnet.

Wenn der Drehmagnet 42 aus der in F i g. 8 a gezeigten Stellung um 180° verdreht wird, so daß seine magnetische Achse wieder in die Ebene gebracht wird, die durch seine Drehachse und die magnetische Achse des Magneten 56 bestimmt wird, nimmt dieser

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die in F i g. 8 b gezeigte Stellung ein. Der dem Magneten 56 am nächsten liegende Pol des Magneten 42 ist dann der Südpol. Dies ist annähernd die Einstellung, in welcher sich der Magnet 42 in der Stellung 42 b befindet, was der höchsten Stellung des Magneten 32 entspricht. Da die beiden Magnete so eingestellt sind, daß gleichnamige Pole aneinandergrenzen, trachten die magnetischen Feldlinien der Magnete nicht, sich in ihrem Verlauf zu vereinigen, sondern gehen durch die Lamellen des Zungenschalters 55 hindurch. In der Einstellung gemäß F i g. 8 b verstärkt das Magnetfeld des Drehmagneien 42 das Magnetfeld des Magneten 56. Dieses verstärkte Feld reicht aus, um die Lamellen des Zungenschalters 55 abzubiegen und zu schließen.

Daraus ergibt sich, daß an einer Stelle während des Winkelausschlages des Magneten 42 von 180° aus der in F i g. 8 a gezeigten Stellung in die in F i g. 8 b gezeigte Stellung die Stärke des auf den Zungenschalter 55 einwirkenden Feldes auf einen ausreichenden Wert zunimmt, um den Schalter zu schließen. Bei dem beschriebenen Beispiel sind die Stärken und Stellungen der Magnete so gewählt, daß die Schaltstelle erreicht wird, wenn sich der Magnet 42 ungefähr in der Mitte zwischen den in den F i g. 8 a und 8 b gezeigten Stellungen befindet.

Wenn der Schalter anfänglich offen ist, bleibt er offen, solange der Magnet 42 in eine Stellung eingestellt ist, die zwischen der in F i g. 8 a gezeigten Stellung und der obenerwähnten Schaltstelle liegt, weil das Feld dann nicht ausreicht, den Schalter 55 zu schließen. Nachdem der Magnet 42 durch die Schalistelle hindurchgegangen ist, wird andererseits der Schalter geschlossen bleiben, solange die Einstellung des Magneten 42 relativ zum Magneten 56 zwischen der Schaltstelle und der in F i g. 8 b gezeigten Stellung liegt, weil das Feld dann stärker ist als erforderlich, um den Schalter geschlossen zu halten. Bei der rückläufigen Bewegung des Magneten 42 durch die Schaltstelle in der Richtung der abnehmenden Feldstärke wird sich der Schalter wieder öffnen, d. h., wenn der Magnet 42 eine Schalteröffnungs-Winkeleinstellung erreicht, die von seiner Schalterschließeinstellung durch eine kleine Schaltdifferenz getrennt ist. Der Schalter ist somit richtungsempfindlich. Da jedoch das Feld am Zungenschalter 55 durch das Zusammenwirken des Magneten 56 und des Drehmagneten in dessen sämtlichen Stellungen bestimmt wird, erfordert diese Richtungsempfindlichkeit nicht, daß die Feldstärke des Magneten 56 notwendigerweise nicht ausreicht, um den Schalter zu schließen, oder notwendigerweise ausreicht, um den Schalter geschlossen zu halten.

Wie sich aus den Fig. 8 a und 8b ergibt, kann sich der Magnet 42 aus der Einstellung gemäß F i g. 8 a (in welcher der Schalter 55 offen ist) in die Einstellung gemäß F i g. 8 b (in welcher er geschlossen ist) über eine von zwei gegenüberliegenden Bahnen von 180° verdrehen und wird in jedem Fall durch eine Schaltstellung hindurchgehen, die in der Mitte zwischen diesen Einstellungen liegt. Wenn daher der Magnet 42 relativ zum Magneten 56 eine volle Umdrehung von 360° ausführen könnte, würde er durch zwei gegenüberliegende Schaltstellen hindurchgehen, die ungefähr 380° voneinander entfernt sind. Da jedoch der Winkelausschlag m des Magneten 42, der dem vollen Bereich der Bewegung des Magneten 32 entspricht, weniger als 180° beträgt, kann der Magnet 42 während seines Ausschlages ohne Rücksicht auf die Winkelsteilung des Magneten 56 nur durch eine einzige Schaltstelle hindurchgehen.

Bei der weiteren Erklärung der Wirkungsweise der Schaltvorrichtung soll angenommen werden, daß der Magnet 56 (dessen Südpol auf den Drehmagneten 42 gerichtet ist) anfänglich so angeordnet ist, daß seine magnetische Achse in der waagerechten Ebene liegt, welche die Drehachse des Magneten 42 enthält.

ίο Wenn der Magnet 56 so angeordnet ist, gelangt der Drehmagnet in die der Schaltstelle entsprechende Einstellung, wenn er sich in der senkrechten Stellung 42 c befindet. Die der Schaltstelle entsprechende Stellung des Drehmagneien -32 für diese Stellung des Magneten 56 ist in F i g. 9 c dargestellt.

Es sei daher angenommen, daß sich der Magnet 56 in der in F i g. 9 c gezeigten Stellung befindet. Solange sich der Magnet 42 im Bereich der Winkelstellung befindet, der zwischen der Stellung 42 α (in F i g. 9 0 durch die Linien angegeben), welche der tiefsten Stellung des Magneten 32 entspricht, und der mittleren Stellung 42 c liegt, ist das auf den Zungenschalter ä einwirkende Magnetfeld auf einen Wert abge- ™ schwächt, der zu gering ist, um ihn zu schließen.

Wenn jedoch der Magnet 32 in die Mitte seiner Bahn ansteigt und den Drehmagneten 42 in die Stellung 42 c bewegt, nimmt die Feldstärke auf einen Wert zu, der ausreicht, um den Schalter zu schließen. Der Schalter bleibt dann bei weiterer Zunahme der FeIdstärke geschlossen, wenn sich der Magnet 42 aus der der Schaltstelle entsprechenden Stellung 42 c in die Stellung 42 b bewegt (in F i g. 9 c durch die Linie B angegeben), welche der höchsten Stellung des Magneten 32 entspricht. Bei der rückläufigen Bewegung des Magneten 42 durch die Schaltstelle in die Stellung 42 a (bewirkt durch die Abwärtsbewegung des Schwimmers 20) wird der Schalter wieder geöffnet in einer Winkelstellung des Magneten 42, die von der Schalterschließstelle 42 c um eine kleine Schaltdifferenz entfernt ist.

Auf diese Weise wird der Schalter 55 veranlaßt, sich zu schließen, wenn der Schwimmer 20 und der Magnet 32 bei der Bewegung in Aufwärtsrichtung die , Mitte ihrer Bewegungsbahn erreichen, was für die ' Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit auf den besonderen Wert repräsentativ ist, welcher dem mittleren Schwimmerniveau entspricht. Die Schließung des Schalters betätigt das Relais 82, um eine Alarmvorrichtung zu betätigen, welche diese Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit anzeigt. Der Schalter bleibt geschlossen, und die Alarmvorrichtung bleibt daher wirksam, solange die Strömungsgeschwindigkeit den Schalterschließwert übersteigt. Eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt die Ausschaltung der Alarmvorrichtung.

Wenn gewünscht wird, daß die Alarmvorrichtung die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit auf einen (höheren oder niedrigeren) Wert anzeigt, der von dem durch das mittlere Schwimmerniveau repräsentierten Wert verschieden ist, wird der Magnet 56 um die Drehachse des Magneten 42 in eine neue Stellung verdreht. Dies geschieht einfach durch manuelle Drehung der Welle 54.

Wenn beispielsweise gewünscht wird, daß der Schalter und die Alarmvorrichtung bei einem Wert der Strömungsgeschwindigkeit betätigt werden, der niedriger ist als der dem mittleren Schwimmerniveau entsprechende Wert, wird der Magnet 56 in F i s. 9 c

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im Uhrzeigersinn in die in F i g. 9 a gezeigte Stellung verschoben. Die der Schaltstelle entsprechende Einteilung des Magneten 42 relativ zum Magneten 56 bleibt jene Einstellung, in welcher der Magnet 42 in axialer Richtung zu der Ebene senkrecht steht, die s durch seine Drehachse und die magnetische Achse des Magneten 56 bestimmt wird. Da diese Ebene jedoch durch die Verschiebung des Magneten 56 verichwenkt ist, gelangt der Magnet 42 nur mehr in einer zwischen seinen Stellungen 42a und 42 c liegenden Stellung in eine der Schaltstelle entsprechende Einstellung zum Magneten 56. Die der Schaitsielle entsprechende neue Stellung des Magneten 42 ist in Fig. 9a dargestellt. Aus einem Vergleich der Fig. 9c und 9a ergibt sich, daß die beschriebene Winkelverschiebung des Magneten 56 die Wirkung hat, die der Schaltstelle entsprechende Stellung des Magneten 42 näher an die Magnetstellung 42 α heranzuführen. Der Wert der Strömungsgeschwindigkeit, bei welcher sich der Schaller schließt, ist daher niedriger als der Wert, welcher dem mittleren Schwimmerniveau entspricht. Der Schalter 55 wird somit veranlaßt, sich wie bisher bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit zu schließen (und die Alarmvorrichtung zu betätigen), aber die den Alarm auslösende Schalterbetätigung erfolgt nunmehr, sobald die Strömungsgeschwindigkeit diesen neuen, niedrigeren Wert erreicht. Im übrigen ist die Wirkungsweise der so eingestellten Vorrichtung die gleiche, wie für die in F i g. 9 c gezeigte Magneteinstellung beschrieben wurde, d. h., der Alarm wird ausgelöst, wenn der Magnet 42 die Schaltstelle erreicht, und bleibt wirksam, solange die Strömungsgeschwindigkeit auf dem oder oberhalb des Wertes bleibt, welcher dieser Schaltstelleneinstellung entspricht.

Um die Alarmvorrichtung in ähnlicher Weise so einzustellen, daß sie nur bei Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit auf einen gewählten Wert wirksam wird, welcher höher ist als der dem mittleren Schwimmerniveau entsprechende Wert, wird der Magnet 56 in F i g. 9 c im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse des Magneten 42 z. B. in die in F i g. 9 b gezeigte Stellung verschoben, und zwar wieder durch manuelle Drehung der Welle 54. Der Magnet 42 gelangt dann in eine der Schaltstelle entsprechende Einstellung zum Magneten 56 erst, nachdem er sich über die mittlere Stellung 42 c in eine zwischen den Stellungen 42 c und 42 b liegende Winkelstellung bewegt hat. Diese der Schaltstelle entsprechende neue Winkelstellung des Magneten 42 entspricht einem Wert der Strömungsgeschwindigkeit, der höher ist als der dem mittleren Schwimmerniveau entsprechende Wert. Wie vorher wird der Alarm ausgelöst, wenn und nur wenn die Strömungsgeschwindigkeit ausreicht, um den Magneten 42 zu veranlassen, sich an die Schaltstelle oder über dieselbe hinaus zu bewegen.

Die vorstehend beschriebene Schaltvorrichtung, die in der angegebenen Weise wirkt, ergibt eine höchst v/irksame und genaue Alarm betätigung. Bei Verwendung in Verbindung mit einem Strömungsmeßgerät, das für einen senkrechten Eintritt und Austritt der Flüssigkeit ausgebildet ist, zeigt dieselbe eine Schaltdifferenz von nicht mehr als etwa 5 bis 10%. Bei einer beispielsweisen Verwendung in einem Meßgerät. das einen Strömungsweg von 125 mm aufwies, wurde gefunden, daß die Wiederholbarkeit des Alarmschaltvorganges innerhalb ±0,6% der vollen Bewegungsbahn des Schwimmers lag oder mit anderen Worten 0,75 mm betrug. Die Alarmbetätigung ist richtungsempfindlich, d. h., sie spricht nur auf eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit über den Sollwert an und endet bei Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit unter diesen Wert. Die im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Bewegung des Magneten 32 und des Drehmagneten 42 über den ganzen Bereich der Schwimmerstellungen erhöht die Genauigkeit des Ansprechens der Alarmvorrichtung.

Selbstverständlich kann auch die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit unterhalb eines Sollwertes angezeigt werden. Wenn die Schaltvorrichtung in der beschriebenen Weise angeordnet ist, kann das Relais 82 beispielsweise so verbunden werden, daß es den Alarmstromkreis beim Öffnen statt beim Schließen des Schalters betätigt. Auch die Schaltvorrichtung selbst kann so angeordnet werden, daß sie bei Abnahme statt bei Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit durch den gewählten Wert der Schaltstelle schließt, beispielsweise durch Umkehrung der polaren Einstellung entweder des Magneten 56 oder des Magneten 32 oder durch Anordnung des Magneten 56 auf der anderen Seite der Drehachse des Magneten 42.

Während der Magnet 42 so dargestellt wurde, daß seine Drehachse in der waagerechten Ebene liegt, welche die Mitte des Magneten 32 kreuzt, ist diese Anordnung für die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht kritisch. Die Drehachse des Magneten 42 kann relativ zur Bahn des Magneten 32 auch auf einem höheren oder niedrigeren Niveau angeordnet werden. In diesem Fall wird der Drehmagnet die bei 42 c in F i g. 6 gezeigte senkrechte Stellung einnehmen, wenn der Magnet 32 eine Stellung erreicht, in der seine geometrische Mitte in der waagerechten Ebene liegt, welche die Drehachse des Magneten 42 enthält.

Bei der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Vorrichtung ist die Wirkungsweise der zweiten Schalteinheit 92 identisch mit der beschriebenen Wirkungsweise der ersten Schalteinheit 52. Selbstverständlich wirkt der Drehmagnet 42 sowohl mit dem Magneten 56 der Einheit 52 als auch mit dem entsprechenden Magneten der Einheit 92 zusammen. Da die Einheit 92 unabhängig von der Einheit 52 einstellbar ist, kann ihre Winkelstellung so eingestellt werden, daß eine den Alarm auslösende Schalterbetätigung auf irgendeinem gewünschten Schwimmerniveau bewirkt wird, das von jenem verschieden ist, auf welches die Einheit 52 anspricht.

Im allgemeinen ist die axiale Einstellung des Magneten 56 nicht kritisch, solange wenigstens einer seiner Pole relativ zur Drehachse des Magneten 42 exzentrisch angeordnet ist. Der Magnet 56 kann beispielsweise so eingestellt werden, daß sich seine magnetische Achse parallel zur Drehebene des Magneten 42 erstreckt, wie die Fig. 10a und 10b zeigen, welche den F i g. 8 a und 8 b entsprechen. Bei dieser Anordnung sind die Pole des Magneten 56 wieder in exzentrischer Beziehung zur Drehachse des Magneten 42, so daß die Winkelverschiebung des Magneten 42 die Einstellung seiner Pole relativ zu den Polen des Magneten 56 verändert. In der Anordnung gemäß den Fig. 10a und 10b ist die gegenseitige Einwirkung der Magnete 56 und der Drehmagnete 42 im wesentlichen die gleiche wie in der Anordnung gemäß den F i g. 8 a und 8 b. Wenn sich der Drehmagnet in der in Fig. 10a gezeigten Einstellung relativ zum

Magneten 56 befindet, wobei seine magnetische Achse in der Ebene liegt, die durch seine Drehachse und die magnetische Achse des Magneten 56 bestimmt wird, und wobei seine Pole den ungleichnamigen Polen des Magneten 56 gegenüberliegen, wird das auf den Zungenschalter 55 einwirkende Feld geschwächt, und der Schalter ist offen. Die Drehung des Magneten 42 um 180° in die in Fig. 10b gezeigte

Einstellung, in welcher seine Pole gleichnamigen Polen des Magneten 56 gegenüberliegen, bewirkt die Verstärkung des Feldes am Zungenschalter 55, so daß dieser geschlossen wird. Die Schaltstelle liegt zwischen den in den Fig. 10a und 10b gezeigten Einstellungen, z. B. wenn sich der Magnet 42 ungefähr in der Mitte zwischen diesen Einstellungen befindet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltvorrichtung zum Überwachen von Strömungen mit einem in einem Meßrohr von der Strömung geradlinig verschiebbaren Stabmagneten, mit einem außerhalb des Meßrohres im Magnetfeld des Stabmagneten liegenden, von diesem betätigten und um eine Drehachse verdrehbaren Drehmagneten und mit einem von dem Drehmagneten betätigbaren Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Magnet (56) im Magnetfeld zwischen dem Drehmagneten (42) und dem Schalter (55) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (54, 58, 66) zum Einstellen der Winkelstellung des dritten Magneten (56).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Magnet (56) auf einer Seite der Drehachse des Drehmagneten (42) im Abstand von diesem liegt und mindestens einer seiner Pole exzentrisch zur Drehachse liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (40) mit einer Einrichtung (43, 45) zur drehbaren Halterung des Drehmagneten (42), durch eine Welle (54), die den dritten Magneten (56) und den Schalter (55) trägt, wobei die Welle (54) im Gehäuse (40) durch Einwirkung einer äußeren Kraft um eine Achse drehbar ist, die im wesentlichen mit der Drehachse des Drehmagneten (42) zusammenfällt, wodurch eine wahlweise Winkelverschiebung des dritten Magneten (56) und des Schalters (55) um diese Achse bewirkt wird, und wobei die Welle (54) eine mit dem Gehäuse (40) in Reibungseingriff stehende Einrichtung (58, 60) aufweist, um sie in irgendeiner Winkelstellung festzuhalten.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (55) ein Zungenschalter ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schalter (55) zwei Schalteinheiten (52 und 92) angeschlossen sind, von denen jede einen anderen elektrischen Stromkreis entsprechend der Verschiebung des Stabmagneten (32) schalten kann und von denen jede unabhängig von der anderen einstellbar ist.