DE1807701U - Elektrische regel- und anzeige-einrichtung fuer-fluessigkeitsstaende in geschlossenen, unter druck stehenden behaeltern mittels magnetischer-gesteuerter quecksilberschalter. - Google Patents

Description

RA.202 854*12 UB Λ

Beilage 1 zur Patentanmeldung von Josef Lambrecht, Lambrecht/ Pfaxz Östliche Luhrbachstrasse 54-

Beschreibung

Sollen Wasser- oder sonstige Flüssigkeitsstände in einem geschlossenen, unter Druck stehenden Behälter elektrisch geregelt oder angezeigt werden, so ergibt sich stets die Aufgabe, die meist durch einen Schwimmer erfaßte Änderung der Meßgröße, also des Flüssigkeits Standes, nach aussen zu übertragen, ohne d:bei die Druckfestigkeit des Behälters an einer Stelle herabzusetzen. Es sind zwar in den sog. iülektrodensteuerungen vielfach Verfahren entwickelt worden, die erreichen sollen, daß die Erfassung der Meßgröße und irrre Umwandlung in einen elektrisch ausnützbaren Wert bereits im Kessel selbst geschieht, beispielsweise dadurch, daß durch die in ihrem Stande wechselnde Flüssigkeit die Widerstandswerte von Elektroden, die in die Flüssigkeit eintauchen, verändert werden, ühne auf die Bauweise derartiger Einrichtungen hier noch nähex" einzugehen, kann gesagt werden, daß ihre Anwendung im allgemeinen eine beschränkte geblieben ist, da die Möglichkeit einer Beeinflussung durch Kriechströme, Kesselsteinbildungen, elektrolytische Vorgänge usw. in hohem Maße besteht.

Änderungen von Flüssigkeitsständen werden darum in der Ptoaxis fast immer durch Schwimmkörper erfaßt, deeen Bewegungen dann zur Umwandlung in eine elektrische Größe nach aussen übertragen werden müssen. Soll dies, wie es fast stets der Fall ist, auf mechanischem Wege erfolgen, so ist dazu eine Durchdringung der Kesselwand unumgänglich. Normalerweise wird d: zu eine Stopfbuchsdurchführung verwendet.

Die verschiedenen Nachteile, die sich dabei ergeben - Undicntwerden, Eintrocknen oder Festfressen der Packung bei Kichtbenutzung usw. führten dazu, daß Konstruktionen entwickelt wurden, welche ohne Stopfbuchse arbeiten. Neben Bauarten, die, wie z.B. der Wassergewicht sschalter, sich rein mechanischer übertragungsglieder bedienen, kommen dabei hauptsächlich Einrichtungen in Frage, welchedie Sehwimmerbewegung mittels magnetischer Beeinflussung nach aussen übertragen. Derartige Anordnungen bestehen im Prinzip darin, daß an einer Steile der Kesselwand ein unmagnetischer Baustoff vorgesehen wird, durch welchen hindurch ein vom Schwimmer bewegter

Magnet eine aass^rhalb des Kessels "befindliche Schaltvorrichtung, z. B. einen Kippschalter, betätigt.

Sine wesentliche Vereinfachung einer solchen Anordnung gegenüber den üblichen Bauarten stellt die im Nachfolgenden beschriebene, im Text als 'Tauchsonde' bezeichnete Ausführung dar.

Die Tauchsonde besteht aus einem Fühlrohr (1) aus unmagnetischem Werkstoff, z.B. Kupfer, Messing, verschiedene Sortan Edelstahl, Kunststoff, Keramik usw. Das Fühlrohr (1) ist einerseits druckfest in eine Blindflansch (2) eingeschraubt bezw. auf sonstige Art druckfest befestigt; die Gegenseite (3) ist ebenfalls druckfest geschlossen, beispielsweise verscnweißt. In das-Fühlrohr sind, je nach der verlangten Schaltfunktion, ein oder mehrere magnetisch beeinflußbare quecksilberschalter (47 eingebaut ;zweckm.äßigerwaise wird dazu die in den sog. Vertikalrelais verwendete übliche Schalterart verwendet. Diese in senkrechter Lage arbeitenden ^UGCksilberschalter bestehen aus einer Röhre , meist aus Hartglas, in welche oben und unten je eine Elektrode eingeschmolzen istj ausser der Quecksilberfüllung enthalten sie noch einen gewöhnlich röhrenförmigen Eisenkern, v/elcher im Ruhezustand auf der Quecksilberfüllung schwimmt, durch magnetische Beeinflussung aber in sie hinein- oder us ihr herausgezogen werden kann. Da beim Hineinziehen das durch Kern verdrängte Quecksilber ein Ansteigen , beim iiinsuszie^en aber ein Absinken der -uecksilberfüllung im Rohr entsteht, kann durch geeignete Bemessung des Abstb.nds der Elektroden sowie der Höhe der Quecksilberfüllung unschwer erreich werden, daß dadurch die Elektroden verbunden oder· getrennt werden; es kann also sowohl Arbeitastrom- wie auch Ruhe str umschaltung erhalten werden. In der üblichen Verwendung dieser, cn sich bekannten .^uecksilberscnalter erfolgt diese magnetische Beeinflussung durch die Erregung einer die Röhre umfassenden Spule.

Zu Betätigung der in das Fühlrohr eingebauten quecksilberschalter (4-:) ist ein Permanentmagnet (5) ih Ringform vorgesehen, v/elcher auf das Führungsrohr (6) eines Mantelschwimniers (7) aufgesetzt ist, der das Führungsrohr umfaßt und auf ihm frei auf- und abgleiten kann. Um ein Herunterfallen des Schwimmers vom Fühlrohr zu verhindern, ist an dessen unterem Ende ein Stellring (6) oder ein sonstiger Anschlag vorgesehen. Einbau und Arbeitsweise dieser Einrichtung ergeben sich aus dem Gesagten ohne W_eiteres. Die zusammengebaute Tauchsonde wird mit aufgesetztem Schwimmer von oben durch eine entsprechend bemessene Einbauöffnung in den zu regelnden Behälter, eingeführt und die Einbauöffnung durch die Blindflansch, in welche

das 5'ühlrohr eingesetzt ist, verschlossen. Der flüssigkeitsstand möge hierbei ie Höhe χ erreichen, so daß der Schwimmer die Stellung χ,, einnimmt. Der quecksilberschalter sei im Fühlrohr in der Höhe y eingebaut. Steigt nun die Flüssigkeit weiter, so wird der im Schwimmer eingebaute Ringmagnet schließlich bei Erreichung der Höhe y am quecksilberschalter vorbeigeführt und je nach dessen Bauart dessen Eisenkern in die Quecksilberfüllung hinein- oder herausziehen und dadurch eine Ein- oder eine Ausschaltung herbeiführen . Es kann also bereits bei dieser einfachsten Bauart eine SignsIgabe oder auch eine sonstige Schließung oder üffnung eines Stromkreises erhalten werden und es ist durch die Auswahl geeigneter, marktgängiger Quecksilberschalter möglich, sowohl aus einer Aufwärts- wie aus einer Abwärtsbewegung eine Ein- oder eine Ausschaltung zu erreichen.

Durch die Zusammenschaltung mehrerer ,quecksilber schalt er können auch weitergehende Schsltmöglicnkeiten erzielt werden. Sine stufenweise Inha2teanzeige läßt sich ds durch erhalten, duß im Fühlrohr mehrere Quecksilberschalter übereinander angebracht werden, die beispielsweise Lichtsignale betätigen oder aufeinanderfolgend Abschnitte einer Widerstandsstrecke kurzschließen, so daß ein d mit zusammengeschalteter Spannungsmesser die Änderung des 7/iederst maswertes als Änderung des Flüssigkeitsstandes nzeigt. Eine derartige Anordnung ware so zu gestalten, dass stets der vorhergehende ,quecksilberschalter erst dann öffnet, wenn der nachfolgende geschlossen hat, was sich durch den Einbau von mehreren Ringmagneten in geeigneten Abständen erreichen läßt.

Für die in der ftxis wichtigste Anwendung des Geräts, die automatische Steuerung des Voll- oder Leerpumpens von Behältern unter Druck, ist im Fühlrohr je eine Arbeits- und eine Ruhestromröhre vorzusehen. Hierbei wird die Ruheströmröhre (9) in döhe des vorgesehenen Ausschaltepunkts, die Arbeitsstromröhre (1o) in äöhe des Einschaltepunkts eingebaut. Die Arbeitsweise entspricht dann vollkommen der üblichen Relaissteuerung mit Impuls- und Haltekreis; spricht die Arbeitsatromröhrö an, so legt sie den Impulskreis eines Schützes an Spannung und dieses schaltet ein; geht nun der Betätigungsmagnet mit der dadurch eingeleiteten Änderung des Wasserspiegels in eine andere Lage und entfernt sich von der Arbeitsstromröhre, so daß diese wieder öffnet, so hält sich das Schutz weiter und seinen Haltekreis, in welchem die Ruhestromröhre liegt. Wird diese dann vom Magnet erreicht, so öffnet sie und das Schütz fällt aus.

Dieses Grundprinzip läßt sich den verschiedenartigsten Einbau- u nd

Betriebsverhältnissen anpassen. Zum Einbau in die Schächte von !Tiefbrunnen zwecks Verhinderung des TrockenlauSs von !iauciipumpen kann z. B* ein kurzes Fühlrohr mit aufgesetztem Schwimmer om unteren ISnde eines Rohrstrangs angebaut werden, in ν/elchem gleichzeitig die Anschlußleitung nacn oben geführt wird. Zur Regelung oder stufenweisen Anzeige sehr großer Niveauunterschiede, bei welchen ein einzelnes Fühlrohr seines verhältnismäßig geringen Durchmessers wegen nicht mehr steif« genug wäre, werden zweckmäßigerweise mehrere derartige Einrichtungen verwendet, welche in Höhe der einzelnen Schaltpunkte anzubringen sind.

Da auf dem Markt auch magnetisch beeinflußbare quecksilberschalter erhältlich sind, die in horizontaler Lage arbeiten und dann ansprechen, wenn ihnen ein Magnet von oben gebähert wird, ist es möglich, das Tauchrohr such so zu gestalten, da 3 es in horizontaler Lage arbeiten kann, Kine solche Vorrichtung ist in b-i £ gezeigt. Die Schaltröhre (11) besitzt auf ihrer Unterseite zwei mit ;uecksilber gefällte iiäpfe (11a) und (11b) welche durch ein daräberliegendes Stäbchen aus Sisen verbunden sind. Die Verbindung wird aufgehoben, wenn durch Annäherung eines Iilagneten von oben das /Stäbchen vom quecksilber abgehoben wird.

Bei d.-r horizontalen Tauchsonde ist nun ein derartiger quecksilberschalter in das wagerecht liegende Fühlrohr eingebaut; seine Beeinflussung erfolgt ebenfalls durch einen Ringmagneten (12), welcher auf dem Führungsrohr (13) eines MantelSchwimmers (14) sitzt, der das Fühlrohr (15) vollkommen umfaßt. Der Innendurchmesser des Führungsrohrs ist d bei miöä-e-e^ea©- das Doppelte des Aussendurahmessers des Fühlrohrs j der Schwimmer hängt also, so lange er sich nicht in einer Flüssigkeit befindet, frei auf dem Fühlrohr und der Hingmagnet ist auf der Überseite des Fühlrohrs diesem so weit genähert, daß er den Quecksilberschalter offenhalten kann. Innerhalb einer Flüssigkeit wird der Schwimmer dagegen vom .iohr abgehoben und gegen dessen Unterseite gedrückt. In dieser Stellung kann er IvIagnet die .Schaltröhre nicht mehr beeinflussen, da er von der oberen Seite zu weit entfernt ist. Das liiisenstäbchen wird also nicht nur losgelassen, sondern auch von α er Gegenseite des Ringsmagneten in das ,quecksilber hineingezogen, so da.,., Einschaltung erfolgt.

Der bei Temperaturen über 6o° G zu erwartenden VermMerung der magnetischen Eigenschaften der marktüblichen Ringmagnete läßt sich durch eine Vergrößerung der magnetisch wirksamen Körper so weit begegnen,

daß eine Verwendung bis in den Bereich von 11o° G zulässig erscheint,

Der Einbau der Quecksilberschalter in das Fühlrohr kann bei beiden vorbeschriebenen Bauarten - horizontal oder vertikal - so erfolgen, daß diese durch Halterungen aus Keramik oder sonstigem Isolierstoff dauernd in der erforderlichen Lage fixiert werden, niine sehr einfache Fixierung im Fühlrohr ergibt sich uch durch Sin- bezw. Umgießen mittels eines isolierenden Gießharzes, wobei es, soweit mit Erhitzungen oder mit Temperatur Schwankungen zu rechnen ist, empfehlenswert erscheint, ein solches aus hitzebeständigem Material und mit gummielastischen Eigenschaften, z. B. ein Silikon-Gießharz, zu verwenden.

Die Anschlüsse der eingebauten Schaltröhren werden zweckmäßiger Weise zu einer am oberen ünde des Fühlrohrs direkt angebauten Anschlußdose geführt; sie können indessen auch in üblicher Gummischla chleitung herausgeführt werden, wobei dann der Anschluß an die weiterführende Steuerleitung zweckmäßig mittels Stecker und Steckdose erfolgt. Gerade diese letztere Anschlußweise ergibt die Möglichkeit, die Sinrichtung bei Reinigungen, Reparaturen usw. auf einfache V/eise vom letz zu trennen und Gefährdungen oder Beschädigungen zu vermeiden.

Zusammenfassend kann ges gt werden, daß sich durch das vorbeschriebene Ger-It eine einfache und betriebssichere Möglichkeit zur elektrischen Regelung von Flüssigkeitsständen ergibt, welche sich bei entsprechender Iilaterialauswahl auch ganz besonders für chernxsch aggresive Flüssigkeiten eignet und bei der auch vollkommener Explosionsschutz gegeben erscheint.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungeni

Blatt 1: Regeleinrichtung in Ansicht

Blatt 2: Regeleinrichtung, schematisch

Blatt 3i Regeleinrichtung für horizontalen Einbau.

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Claims (16)

Beilage 2 zur Patentanmeldung von Josef Lambrecht, Lambreeht/Pfalz Östliche Luhrbachstrasse 54- Schutzansprüche .

1. Einrichtung zur elektrischen Regelung und Anzeige von Flüssigkeitsständen in geschlossenen, unter Druck stehenden Behältern, vermittels magnetisch betätigter juecksilberschalter, dadurch gekennzeicnnet, daß sis Kontaktgeber eins an sich unter der Bezeichnung 'vertikal-quecksilberschalter ^f bekannter, magnetisch beeinlüiibarer quecksilberschalter verwendet wird.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, d durch gekennzeicnnet,daß der dort genannte Quecksilberschalter in ein nacn unten geschlossenes sog. Fühlrohr eingebaut und in geeigneter ^T$eise so befestigt ist, daß er in zentrischer Loge festgehalten wird und auch eine Verschiebung in Richtung der Längsachse verhindert wird.

3..SchaIteinrichtung nach Anspruch 1, d-durch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen des dort genannten >uecksilberschalters mit einer hitzebeständigen Isolation, ζ. B. aus Silikon-Kautschuk verseuen sind, so daß deren Isolationswert auch bei einem etwaigen Anliegen an die durch äussere Einflüsse erhutzte Wandung des Fühlroiirs Dis zu etwa 15o° G nicnt vermäcÄert wird.

4. Sch Iteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des dort genannten ;uecksilberschalters dadurch erfolge, daß ein Permanentmagnet, welcher sich ausserhalb des Fühlrohrs befindet, in Richtung von dessen Längsachse vorbeibewegt wird.

5· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, d durch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet nach Anspruch 4 ringförmig ausgebildet ist und Fühlrohr und ^uecksilberscft¹ alter allseitig umfasst. 6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dor nach Anspruch 5 ringförmig ausgebildete Permanentmagnet eine axiale Vorzugslage besitzt.

7· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Anspruch 4,5 und 6 ausgebildete Permanentmagnet auf ein Rohr aufgesetzt ist, welches im inneren Durchmesser so bemessen ist, daß es mit leichtem Spiel auf dem Fühlrohr gleiten kann und das in einen Schwimmer so eingebaut ist, d? es ihn zentrisch durchdringt.
8. Schalteinrichtung nach Anspruch \, dadurch gekennaeichnet, daß ^j

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der Schwimmer nach Anspruch 7 für beliebige, in der technischen Praxis vorkommende Aussendrücke widerstandsfähig ist und auch das ihn durchdringende Rohr, auf welchem der Ringmagnet sitzt, so eingebaut ist, daß dadurch keine Verminderung dieser Druckfestigkeit hervorgerufen wird.

9. Schaiteinricntung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Fühlrohr nach Anspruch 2 den Festigkeitsbedingungen nach Anspruch 8 genügt.

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer nach Anspruch 7 und 8 so bemessen ist, daß sowohl sein Auftrieb wie sein Gewicht mit reichlicher Sicherheit ausreicht, um sowohl die Gleitwiderstände zwischen dem Fühlrohr und dem es umfassenden, den Permanentmagneten tr- genden do'suo im Schwimmer, wie auch den magnetischen 7/ider stand bei der Betätigung des iuecksilberschalters zu überwinden und zwar sowohl beim Auftreiben wie beim Absinken.

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d s Fühlrohr nach Anspruch 2 am oberen iSnde eine Gewinde oder eine sonstige Befestigungs- und Dichtmöglichkeit trägt, vermittels deren es in einer Blindflansch befestigt und drucksicher abgedichtet werden kann.

12. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, d durch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen des eingebauten "iuecksilberschalters in der Länge so bemessen sind, daß sie in einer auf dem äusseren (oberen) Ende angebrachten, an sich bekannten Anschlußdose an Klemmen gelegt und mit der weiterführenden Steuerleitung verbunden werden können. 1$.

Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen des ^uecksilberschalters innerhalb des Fühlrohrs mit einer an sich bekannten Gummischlauchleitung verbunden sind, welche aus dem IPühlrohr in ζ eckentsprechender Länge herausgeführt ist und die Verbindung mit der weiterführenden Leitung mittels Stecker und Steckdose gestattet.

14. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des in Anspruch 1 genannten , an sich bekannten .uecksilberschalters deren eine beliebige Anzahl eingebaut sind, wobei Einbau und Anschluß den Bedingungen der Ansprüche 2, 3» 4-, $&xjmd 12 und 13 entsprechen, so daß je nach Wahl, Zusammenschaltung und Einbauhöhe der Quecksilberschalter die Betätigung von Signalen und Meldevorrichtungen, Steuerung von Motorschützen oder sonstige auf diesem Gebiet übliche und erforderliche Schaltfunktionen erreicht

P.A.202 854*12. i58

noch 'Schutzanspruche'

werden können.

15· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung der unter Anspruch 14 genannten Zwecke mehrere,
den Ansprüchen 4-7 genügende Magnetsysteme vorgesehen sind.

16. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß mehrere, den Ansprüchen '/ und 8 genügende Schwimmer vorgesehen
sind.

17· Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch wirksame Masse der einzelnen Kagnetsysteme größer "bemessen ist, als dies zur Betätigung der quecksilberschalter bei Raumtemperatur erforderlich ware, um die bei höheren Temperaturen "bei gewissen i.'Iagnet-Baust of fen süÄSiä Wfringerung ihrer magnetischen Kräfte auszugleichen und dadurch eine Verwendung bis in
den 'lemperaturbereich von etwa 11o° C zu ermöglichen.

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