-
Flüssigkeitsstandmesser mit Schaltsteller für thermisch veränderliche
Umgebungen Zusatz zu Patent ........ (Patentanmeldung P 17 73 453.1) In der Hauptanmeldung
P 17 73 453.1 ist bereits ein FlUssigkeitsstandmesser mit entsprechenden Widerstands-
und Schaltvorrichtungen sowie einem einkapselnden Medium, das abwechselnde Lagen
einer Polyimidfolie und eines thermoplastischen Polymers enthält, das mit der Polyimidfolie
verträglich ist, beschrieben worden.
-
Die vorliegende Zusatzanmeldung bezieht sich nun auf derartige Flüssigkeitsstandmesser
bzw. elektrische Stellungswächter mit schaltbaren Widerstandsvorrichtungen und insbesondere
auf eine Schaltstellungsvorrichtung für derartige Meßgeräte.
-
In den vergangenen Jahren ist es wichtig geworden; für eine genaue
Flüssigkeitsmessung, insbesondere in den Kraftstofftanks von Luftfahrzeugen, zu
sorgen. Es sind dabei mehrere Fltssigkeitspegel wachter entwickelt worden, die in
die Tanks eintauchen, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das entweder
den Pegel oder die Kraftstoffmenge in dem Tank anzeigt.
-
Anfänglich waren in diesen Achtern Schalter innerhalb eines mit Uffnungen
versehenen Bleches angeordnet, das ein röhrenförniges Kernstück auf seiner gesamten
Länge, den Umfang aber nur teilweise umgab. Wenn eine derartige Anordnung jedoch
in eine-thermisch veränderliche Umgebung gebracht wird, die bei der Messung von
Kraftstoffen hoher Temperatur auftritt, erzeugt das Isoliermaterial, dessen thermischer
Ausdehnungskoeffizient größer ist als derjenige des röhrenförmigen Kernteiles, einen
zu großen Ausdehnungsunterschien.
-
Es sind auch Versuche mit metallischen Schaltstellern unternommen
worden, die den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der röhrenförmige
Kernteil aufweisen. Da jedes Blech zur Erzielung einer gewissen Flexibilität notwendigerweise
nenner war als die Schalter, die es trug, zerbrachen viele Schalter während der
Herstellung und einem nachfolgenden Gebrauch Es war eine Isolierung für die Schaltsteller
und eine richtige Anpassung der Schalterleiter notwendig, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Somit bestand ein zwei faches nerstellungsproblem.
-
In dieser Erfindung sind zahlreiche nacheinander wirksam werdende,
stellungsabhängige Schalter angeordnet, die in der Weise arbeiten, als würden sie
sich auf einer gegebenen axialen Bahn befinden.
-
Weiterhin sind zahlreiche mit Abstand aneinander angrenzende und'
mit öffnungen versehene flexible Streifen vorgesehen, die einen röhrenförmigen Teil
teilweise umgeben, um die Schalter zu haltern und einen übermäßigen Unterschied
in der thermischen Ausdehnung im wesentlichen zu varmeidenX Diese Erfindung wird
nachtolgend anhand der Beschreibung und der
Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt eine bildhafte Darstellung eines elektrischen Stellungewachtere,
wobei zur Darstellung von Einzelheiten bestimmte Teile aufgeschnitten gezeichnet
sind.
-
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild, das für eine Verwendung
in eine elektrischen Stellungswachter geeignet ist.
-
Fig. 3 ist eine detaillierte Zeichnung zur Darstellung eines vollständigen
elektrischen Stellungswachters.
-
Fig. 4 ist eine detaillierte Ansicht eines Schaltstellers.
-
Fig. 1 zeigt eine AusfUhrungsform eines elektrischen StellungG-wAchters.
Ein Flüssigkeitspegelwächter 10, der zum Eintauchen in eine Flüssigkeit 11 bestimmt
ist, weist ein sauberes kreisförmies Gehäuse 12 und ein inneres kreisförmiges Gehäuse
oder einen Kern 13 auf. Zwischen diesem Kern und dem Außengehäuse 12 wird ein Abstand
hergestellt, so daß ein kreisförmiger Zwischenraum 14 gebildet ist. Die Gehause
werden durch kreisförmige Flansche 15 und 16 auf jedem Ende des Fltlssigkeitspegelwachters
10 justiert, und die zwei Gehäuse werden durch Befestigungsmittel miteinander verbunden.
Beispielsweise werden Maschinenbolzen 17 in den oberen kreisförmigen Flansch 15
eingeschraubt, der an dem Kern 13 angeschweißt oder auf andere Weise daran befestigt
ist. Der untere Xreisflansch 16, der ebenfalls mit dem Kern 13 verbunden ist, weist
einen in dem Kern ausgebildeten und auf dem Umfang herumführenden Schlitz auf, um
einen 0-Ring 18 oder eine andere AbstandsvorrichtunE zu halten. Der 0-Ring 18 zentriert
den Kern 13 bezüglich des Außengehäuses 12 und unterstützt ferner die Vibrationadämpfung
zwischen den zwei Elementen.
-
Ein Magnetschwimmer 20, der in der Bohrung des Kernes 13 angeordnet
ist, stellt sich in Längsrichtung entlang der Bohrung in Abhangigkeit von dem Pegel
derFlüssigkeit 11 ein. Das von dem Magnetschwim mer 20 ausgehende Magnetfeld ist
über den Kern 13 mit einer Schaltvorrichtung 21 gekoppelt, die auf der Lange des
Kernes 13 angeordnet
und mit einem Widerstand verbunden ist. Dieser
Widerætand ist als eine angezapfte Widerstandsspirale 22 gezeißt, die ebenfalls
entlang der Länge des Kernes 13 angeordnet ist. Seide Elemente sind von einem Isoliermedium
23 umschlossen, das im folgenden noch naher beschrieben wird.
-
Die Schaltvorrichtung 21, die Widerstandsspirale 22 und der Magnetschwimmer
20 sind in einer Anordnung schematisch in Fig. 2 dargestellt. Zahlreiche Schalter
24 bis 33 sind zwischen Anzapfungen auf der Widerstandsspirale 22 und einen gemeinsamen
Leiter 34 geschaltet. Für diese Anwendung sind insbesondere magnetische Zungenschalter
geeignet, da diese eine lange Betriebsdauer besitzen und hermetisch abgeschlossen
sind. Wenn sich der Magnet schwimmer 20 in Abhängigkeit von dem Pegel der Flüssigkeit
11 an der Spirale 22 entlang bewegt, werden die Schalter gegenüber dem Magnetschwinuner
geschlossen. Beispielsweise sind in Fig. 2 die Schalter 26 und 27 geschlossen.
-
Deshalb gleicht diese Anordnung einem PotentioJIeter, in dem die.
-
Widerstandsspirale 22 das Widerstandselement bildet, und der.gemeinsame
Leiter 34 zusammen mit den Schaltern den Schleifer darstellt. Die Spannung an dem
gemeinsamen Leiter 34 kann dann durch ein Voltmeter 35 gemessen werden, wenn die
Widerstandsspirale 22.
-
durch eine Energiequelle, wie z.B. eine Batterie 36, gespeist wird,
die zwischen die eine Seite der Spirale 22 und einen Leiter 37 von der anderen Seite
der Widerstandsspirale 22 geschaltet ist. Ein derartiges Voltmeter könnte in der
Weise verbunden sein, daS es die Spannung zwischen den Leitern 34 und 37 mißt. Wenn
diese Anordnung verwendet wird, zeigt das Voltmeter 35 eine spannung an, die dem
Pegel proportional ist. Wenn die Anzapfungen an der Widerstandsspirale 22 richtig
angeordnet sind, wird eine Anzeige für die Flüssigkeitsmenge erhalten.
-
In einem anderen Fall könnte die Spannung zwischen den Leitern 34
und 37 auch als ein Ausgangssignal verwendet werden, und anstelle oder zusatzlich
zu der Anzeige, die durch das Voltmeter 35 in Fig.
-
2 geliefert wird, durch in Fig. 1 gezeigte Anschlüsse 40 von dem
Wachter
10 abgenommen werden. Wo Stromanzeigen erforderlich sind, könnte das System leicht
umgewandelt werden, damit es ein Stromausgangssignal abgibt. In diesem Fall werden
die Schalter für kurz geschlossene Abschnitte der Widerstandsspirale 22 verwendet,
wahrend der Kreis mit einer Quelle konstanter Spannung erregt wird.
-
Schließlich sind auch noch weitere mögliche Schaltsysteme bekannt.
-
In Fig. 3 ist ein Flüssigkeitspegelwächter gezeigt, der gemaß dieser
Erfindung aufgebaut iBt und einen Kern 13 aufweist, der als ein rechtwinkliger Zylinder
in der horizontalen Lage dargestellt ist.
-
Um den Kern 13 herum ist ein zusammengesetztes Isolierfilrnmaterial
gewickelt, das aus einem mittleren Polyimidfilm und außeren Schichten eines thermoplastischen
fluorierten Athylenpropylen-Polymer aufgebaut sein kann, das mit dem Polyimidfilm
vertraglich ist.
-
Eine erste Isolierschicht 41 ist aus ausgepragten Schichten eines
Polyimidfilmes und eines thermoplastischen Polymeren auf gebaut.
-
Ober einem Teil dieser ersten Isolierschicht 41 ist eine Brücke 42
aus nicht-thermoplastischem Polymeren angeordnet, die aus einem Material wie z.B.
fluoriertes polyathylenpolymer und einer Schicht 43 eines thermoplastischen Films
gebildet ist, der den umwickelten Kern teilweise umgibt. Eine Spule 44 aus Widerstandsdraht
ist auf der Länge des Flüssigkeitspegelwachters schraubenfOrmig sowohl über die
erste Isolierschicht 41 als auch die Brücke 42 und unter die Schicht 43 gewickelt,
so daß zwischen den naheliegenden Windungen der Widerstands spule 44 und der ersten
Isolierschicht 41 schmale Spalten vorhanden sind. Es kann eine weitere Schicht 45
aus einem zusammengesetzten thermoplastischen Polyimidfilm gebildet werden, der
die gleiche Ausdehnung wie die Isolierschicht 43 besitzt.
-
Nachdem dieser Teilzusammenbau gebrannt worden ist, um eine Verbindung
des Materializu bewirken, werden die Schaltsteller 51, in denen zahlreiche bffnungen
ausgebildet sind, mit dem röhrenformigen Kernstück verbunden, das von dem umwickelten,
isolierten Kern 13 gebildet wird. Einzelheiten eines derartigen Schaltstellers sind
in Fig. 4 gezeigt.
-
Ein derartiger Schaltsteller wird vorzugsweise aus Teflon aufgebaut,
wobei die Seiten 52 und 53 sowie die Seiten S4 und 55 in
Form eines
Parallelogramms parallel laufen. Der durch die sich schneidenden Seiten gebildete
Winkel ist im allgeineinen der Steigungswinkel einer gewünschten, achraubenfnrmigen
Schaltausführung für den Wachter. Unter der Annahme, daß zehn Schalter auf einer
Umdrehung einer gewUnschten Schraubenlinie angeordnet werden sollen, sind auf dem
Steiler 51 fünf langliche Öffnungen ausgebildet, die mit den Bezugsziffern 56 bis
60 bezeichnet sind. Jede Öffnung erstreckt sich entlang einer Offnungsachse, die
mit den Bezugsziffern 56' bis 60' gekennzeichnet sind. Wenn die Stellerschiene flach
ist, verlaufen die Achsen 56' bis 60' im wesentlichen parallel zu den Seiten 54
und 55. Durch den Steller 51 hindurch sind ein Stellerschlitz 61 sowie eine Stelleröffnung
62 gebildet, die auf einer Eemeinsamen Achse 63 liegen, die ebenfalls parallel zu
den Achsen 56' bis 60' verläuft.
-
Wenn der Schaltsteller 51 auf dem röhrenförmigen Teil derart angeordnet
ist, daß die Achse 63 parallel zu der Langsachse eines röhrenförmigen Teiles ist,
so sind auch definitionsgemaß die Achsen 56 bis 60' einzeln parallel zu dieser Achse.
Wenn der Steiler um den Umfang des röhrenförmigen Teiles gebogen wird, liegen die
Seiten 52 und 53 und jeder mit einer Öffnung gemeinsame Punkt auf einer Schraubenlinie
des gewünschten Steigungswinkels.
-
Um die Justierung zu erleichtern, wird in Langsrichtung ein Metallstreifen
70 auf dem röhrenförmigen Teil entlang angeordnet, der aus dem gleichen Material
wie der Xern hergestellt ist. Beispiels, weise könnten der Kern 13 und der Längsstreifen
70 in Fig. 3 beide aus Aluminium gefertigt sein. Entlang der LAnge des Langsstreifens
70 sind zahlreiche Höcker ausgebildet. Diese Höcker sind in Paaren 71 gruppiert,
die passend in die Schlitze und Löcher 65 und 66 auf jedem Stellerstreifen 51 eingreifen.
Weitere Höckerpaare sind mit Abstand auf dem Langsstreifen 70 in einer Entfernung
angeordnet, die durch eine Umdrehung der Schraubenlinie bestinuat ist. Gegenüberliegende
Paare sind gleichfalls mit Abstand angeordnet. Falls also eine Schraubenlinie mit
konstanter Steigung verwendet werden wUrde, wUrde jedes Paar aden gleichen Abstand
zu einem gegenOberlisgenden Paar aufweisen.
-
Der Abstand der Höckerpaare 71 und die Länge der Seiten 54 und 55
auf dem Stellerstreifen 51 sind eo gewählt, daß die aneinander angrenzenden Streifen
einen kleinen Abstand bilden. Wenn dann die gesamte in Fig. 3 gezeigte Anordnung
hohen Temperaturänderungen unterusorfen wird, entsteht eine zusätzliche Ausdehnung
eines jeden Stellerstreifens 51. Der Nutzeffekt hieraus ist, daß die Schalterstellungen
bezüglich des Kernst(1ckes 13 relativ konstant bleiben.
-
In Fig. I sind weiterhin zahlreiche parallele und sich schneidende
Kanäle gezeigt. die in dem Stellerstreifen ausgebildet sind. Die parallelen Kanäle
SO bis 84 sind Verlängerungen der Öffnungen 56 bis 60 entlang der Achsen 56' bis
60'. Ober die Lange des Stellers 51 verläuft ein Paar paralleler Hauptkanäle 85
und 86, das die Kanäle SO bis 84 schneidet. Diese Kanäle dienen zu zwei Zwecken.
Ersteins sind sie Führungskanäle ftir Schalterleiter und andere elektrische Leiter.
Zweitens ist es durch Ausbildung dieser Kanale in dem Schaltsteller 51 möglich,
die Dicke des Stellerkörpers ohne Verlust an Flexibilität zu erhöhen. In der Nähe
der Schalter ist die Stellerdicke dann gleich oder größer als der Durchmesser des
Zungenschalters gestalten. Wahrend der Herstellung oder bei der Anwendung schützt
der Steller 51 auf diese Weise die Schalter, so daß eine Bruchgefahr praktisch versieden
ist.
-
Ein weiteres Merkmal des in Fig. 4 gezeigten Schaltstellers 51 ist
die Ausbildung der via parallelen rückenartigen Erhebungen 90, 91, 92 und 93 quer
zu den Öffnungsachsen 66' bis 60', die die Ka-Kanäle bastis en. Diese rückenartigen
Erhebungen verlaufen parallel zu den Seiten 52 und 53 und sind in zwei Paare unterteilt.
Die Funktion dieser rflckenartigen Erhebung bezAglich des fertigen Aufbaus des Flüssigkeitspegelwächters
ist besser verständlich, indem noch einsal auf Fig. 3 eingegangen wird.
-
In dieser Erfindung ist der Justierstreifen 70 auf der Lange des Teiles
angeordnet und weist Höckerpaare 71 auf, deren jeweiliger Abstand so bemessen ist,
daß sie zu den Schlitzen und Öffnungen 65 und 66 passen. die jeweils zu einem Steller
51 gehören. In dieser besonderen Ausführungsform sind die gegentlberliegenden H6ckerpaare
71
mit gleichem Abstand angeordnet, und der dazwischen liegende Abstand in Längsrichtung
ist gleich der LBngsverschiebung einer Umdrehung der Schraube.
-
Auf der Lange des Fühlers sind zahlreiche Schaltsteller 51 angeordnet,
die mit dem Streifen 70 in Eingriff stehen. Auf Grund der Flexibilität der Steller
51 sind sie gebogen und grenzen eng an den Fühler an. In dieser Anordnung sind die
Öffnungen so orientiert, daß eine Längsachse durch jede der Öffnungen parallel zu
der Längsachse des Kernes 13 ist. Weiterhin sind die Öffnungen an dem Kern 13 entlang
angeordnet, um eine Schraubenlinie zu bestimmen.
-
Die mit der Bezugsziffer 94 bezeichneten Schalter sind einzeln in
der Öffnung eines jeden Schaltstellers angeordnet. Ein Leiterbündel von einem Schaltersatz
in einem gegebenen Schaltsteller 51 kann einzeln durch einen der Schlitze 80 bis
84 herausgeführt werden, die von der Einmündung in einen Hauptkanal 86 aus und von
dort zu der Widerstandsspule 44 verlaufen, wo es mit einem bestimmten Anschluß verbunden
wird. Die anderen Schalterleiter werden durch die gegenüber verlaufenden Teile der
Kanäle 80 bis 84 zu einem gemeinsamen Leiter geführt.
-
Die nebeneinander liegende Anordnung der Schaltsteller 51 erlaubt,
daß sich jeder Steller einzeln und zusatzlich ausdehnt, so daß die Expansion durch
den Zwischenraum zwischen den'angrenzenden Schaltstellern aufgenommen wird. Da alle
Schalter etwa auf einer Umfangshälfte der röhrenförmigen halterung angeordnet sind,
wird die herstellung erleichtert, da die Leiter leicht an der Widerstandsspule 44
zu befestigen sind. Obwohl sich die Schalter physikalisch auf einer Seite befinden,
sind sie aufeinanderfolgend bedienbar, als wären sie auf der Fühlerlänge schraubenförmig
angeordnet. In der speziellen, beschriebenen Ausfuhrungsform ist ein sich überlappender
schraubenformiger Verlauf mit konstantem Steigungswinkel dargestellt. Wechselseitige
Schaltsteller und deren Schalter bilden einen Teil einer jeweiligen schraubenformigen
Umdrehung, während die gegenüberliegenden Schaltsteller den komplementären Teil-bilden.
-
FUr den weiteren Zusammenbau wird ein Band 95 auf einem nichtthermoplastischen
Polymeren über die Schaltsteller 51 gewickelt, um sie auf der ZylinderlAnge in ihrer
Lage zu halten. Daraufhin wird die gesamte Anordnung mit einem thermoplastischen
Film 96 umwikkelt. Da der Film 96 im allgefeinen praktisch transparent ist, besteht
die Möglichkeit, die Anordnung der einzelnen Schaltsteller 51 abzuwandeln und ebenfalls
die Schalter und Leitungen entlang der Länge des Wächters endgültig anzupassen.
Dann können zusatzliche Isolierschichten aus einem thermoplastischen Polymeren 97
und dem zusammengesetzten thermoplastischen Polyimidfilm 100 auf die gesamte Lange
der Einheit aufgebracht werden, so daß ein vollstandig abgeschlossener Fühler entsteht.
-
Falls es erforderlich ist, einen weiteren Raum zwischen dem zusammengebauten
Wächter und dem äußeren Gehäuse 12 in Fig. 1 zu erzeugen, kann auf dem W3chter ein
Puffer 101 gebildet werden indem der zusammengesetzte Film 100 auf der ganzen Länge
des Sensors so lange herumgewickelt wird, bis der richtige Radius entsteht.
-
Normalerweise wird der Abstand teilweise durch die auf den einzelen
nen Stellern ausgebildeten ruckartigen Erhebungen 91 und 92 hergestellt, die ein
wenig höher als die Erhebungen 90 und 93 sind.
-
Nach der Umwickelung sorgen diese Erhebungen für glatte Höcker 102,
die für den Zwischenraum zu bilden sind.
-
Nachdem der zusammengesetzte Film abschließend über die gesamte Länge
gewickelt worden ist, wird der Wachter wieder einer Warmebehandlung unterzogen.
Die Temperatur und die Zeitdauer für diesen Vorgang müssen ausreichend sein, damit
alle Schichten des thermoplastischen Polymeren schmelzen und fließen. Nach diesem
Arbeitsgang kann der Fltssigkeitspegelwachter in das außere Gehause 12 eingesetzt
und mit diesem verbunden werden.
-
Wenn man einen Fühler für einen Flüssigkeitspegelwächter gemaß dieser
Erfindung ausbildet, ist für eine gute Isolation der elektrischen Schaltung gesorgt,
die auf der Länge des Wachters angeordnet ist. Indem einzelne flexible Isolierstreifen
verwendet werden, um die Schalter in ihrer Lage festzuhalten, werden vorher
bestehende
Probleme bei der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung im wesentlichen vermieden.
Wenn ein mit Kanälen versehenes nicht-thermoplastisches Material, wie z.B. Teflon,
die Schaltsteller bildet, werden die Schalter während der Herstellung vor einer
Bruchgefahr geschützt. Schließlich können die Leiter auch angepaßt und vertieft
in den Kanalen angeordnet sein, um dem Wächter überall eine glatte Gestalt zu geben,
die nur von den Abstandhöcker unterbrochen ist, die durch das Umwickeln der rUckenartigen
Erhebungen auf den Schaltstellern gebildet sind.