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Elektromechanisches Füllstandsmeßgerät Die Erfindung geht aus von
einem elektromechanischcn Ffillstandsmeßgerät mit einer von einem Elektromotor angetriebenen
Seiltrommel, auf der ein Meßseil aufgespult ist, einem am Ende des Meßseils angehängten
Fühlgewicht, Sohaltvorrichtungen, die beim Eintreffen des Fühlgewichts an der Oberfläche
des Füllgutes bzw. in einer oberen Grenzstellung den Elektromotor aus- oder umschalten,
und mit einem in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Seiltrommel periodisch betätigten
Impulsgeber.
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Die Wirkungsweise solcher Füllstandsmeßgeräte beruht darauf, daß das
mit dem Bühlgewicht beschwert Meßseil aus der oberen Grenzstellung in den Behälter
oder Bunker hinabgelassen wird, bis das Bühlgewicht auf der Oberfläche des Füllgutes
auftrifft. Während der Abwärtsbewegung des Fühlgewichts gibt der Impulsgeber in
Abständen, die jeweils einer vorgegebenen Meßschrittlänge entsprechen, beispielsweise
nach jeweils 10 cm abgespulten I'Ießseiles, einen Impuls ab.
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Beim Auftreffen des Fühlgewichts auf der Oberflache des
Füllguts
verändert sich die Zugkraft am Meßseil, wodurch eine Schaltvorrichtung betätigt
wird, welche die Drehrichtung des Elektromotors umschaltet. Die Anzahl der bis zu
diesem Zeitpunkt gezählten Impulse, die beispielsweise in einem Zähler angezeigt
wird, ist ein Maß für den zu messenden Füllstand.Nach der Umschaltung des Elektromotors
wird das Fühlgewicht wieder nach oben bewegt, bis es wieder seine obere Grenzstellung
erreicht. Dann wird der Elektromotor abgeschaltet.
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Derartige Füllstandsmeßgeräte eignen -sich zur Füllwtandüberwachung
von Behältern und Silos mit staubförmigen, pulverförmigen oder feinkörnigen Schüttgütern
sowie Flüssigkeiten mit ruhiger Oberfläche.
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Die bekannten Füllstandsmeßgeräte dieser Art besitzen alle einen verhältnismäßig
komplizierten Aufbau mit einer Vielzahl von mechanischen Teilen, wie Umlenkrollen,
Schaltrolle und Meßrad mit den entsprechenden Lagerungen. Das Gerät ist daher teuer
und empfindlich. Ferner ist infolge der durch die Seilumlenkung bedingten Reibung
die Xebensdauer der Meßseile , besonders bei Füllgütern mit scheuernden Eigenschaften,
stark gemindert.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines elektromechanischen
Füllstandsmeßgeräts der eingangs angegebenen Art, das einen einfachen und billigen
Aufbau hat, einen wartungsfreien Betrieb mit großer Betriebssicherheit ergibt und
eine gute Meßgenauigkeit gewährleistet.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Elektromotor
an der Welle der Seiltrommel frei aufgehängt ist,und daß die Schaltvorrichtungen
90 angeordnet sind, daß sie beim Verschwenken des Elektromotors aus seiner dem frei
hängenden Schaltgewicht entsprechenden Gleichgewichtslage betätigt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Füllstandsmeßgerät bilden der Elektromotor
und das frs hängende Fühlgewicht eine Waage, die sich auf einen bestimmten Gleichgewichtszustand
einstellt. Wenn das Fühlgewicht auf der Oberfläche des Büllguts auftrifft, verändert
sich der Gleichgewichtszustand, wodurch sich der Elektromotor in der einen Richtung
verschwenkt und dadurch eine SchaLtvorrichtung betätigt, die ihn auf Rückwärtslauf
umschaltet. Wenn das Fühlgewicht in der oberen Grenzstellung anommt, wird es von
einem Anschlag festgehalten, und da der Elektromotor die SelStrommel weiter zu drehen
sucht, erhöht sich die Zugkraft des Meßseils, wodurch der Gleichgewichtszustand
wieder verändert wird, diesmal jedoch sa, daß sich der Elektromotor in entgesetzter
Richtung verschwenkt. Er betätigt dabei eine andere Schaltvorrichtung, durch die
er abgeschaltet wird.
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Das nach der Erfindung ausgebildete Büllstandsmeßgerät hat einen außerordentlich
einfachen Aufbau, da außer dem Elektromotor, der Welle und der SeiltrommeL praktisch
keine bewegten Teile vorhanden sind. Es kann daher preisgünstig hergestellt werden
und ergibt eine große Zuverlässigkeit im Betrieb, da alle Störquelien weitgehend
ausgeschaltet sind.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, ihß die
Seiltrommel frei drehbar auf der Welle gelagert und mit dieser durch eine dreh federnde
Kupplung verbunden ist, die vorzugsweise durch eine einerseits an der Welle und
andrerseits an der Seiltrommel verankerte Spiralfeder gebildet ist. Diese Spiralfeder
ist im normalen Betriebszustand so vorgespannt,daß sie die vom P'ühlgewicht ausgeübte
Zugkraft aufnimmt; beim Erreichen der oberen und unteren Stellung des Xiihlgewichts
gleicht sie die sich ändernden Krafteverhältnisse aus, wodurch ein Überschwingen
des Motors verhindert wird. In der oberen Grenzstellung ermöglicht sie eine Erhöhung
der
Zugkraft bis zur Betätigung der zweiten Schaltvorrichtung, und
sie hält dann das Fühlgewicht mit dieser erhöhten Zugkraft in der oberen Grenzstellung
fest.
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Eine weitere AusgestaLtung der Erfindung besteht darin, daß das Meßseil
durch eine Öffnung in einem feststehenden Flansch geht, dessen Unterseite einen
Anschkg für das Fühlgewicht bzw. ein im Abstand oberhalb des Fühlgewichts am Meßseil
befestigtes Straffgewicht in der oberen Grenzstellung bildet. Dabei ist vorzugsweise
die Oberseite des Fühlgewichts bzw. des Straffgewichts so an die Form der Öffnung
angepaßt, daß die Öffnung in der oberen Grenzstellung staubdicht verschlossen ist.
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Diese Ausbildung ergibt eine staubdichte Abdichtung des oberhalb des
Flansches liegenden Teils des Füllstandsgeßgeräts während der Meßpausen, wodurch
die Lebensdauer und die Betriebssicherheit weiter erhöht werden.
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Vorzugsweise liegt die Öffnung lotrecht unter der Ablaufstelle des
MeXseils von der Seiltrommel; dies gewährleistet einen berührungslosen Ablauf des
Meßseils von der Seiltrommel in den Behälterinnenraum ohne Umlenk- und FUhrungsrollen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist
der Impuls geber dadurch gebildet, daß am Umfang der Seiltrommel ein Permanentmagnet
oder mehrere Permanentmagnete in gleichmäßigen Abständen angebracht sind, und daß
neben der Umlaufbahn der Permanentmagnete ein Schutzrohrkontakt angebracht ist.
Auch diese Maßnahme trägt zum einfachen und betriebssicheren Aufbau bei, denn er
hat zur Folge, daß der Impuls geber praktisch keine bewegten Teile hat, die einer
Verschmutzung oder Abnutzung ausgesetzt sind und Veranlassung zu Störungen geben
können.
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Ein Ausfuhnngsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
die schematisch ein elektromechanisches Büllstandsxeßgerät nach der Erfindung zeigt.
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Die Zeichnung zeigt einen (btriebemotor 1 herkömmlicher Bauart, der
aus einem Elektromotor 2 mit angebautem Getriebe 3 besteht. Die Abtriebswelle 4
des Getriebes 3 steht senkrecht zur Längsachse des Motors 2 und ist horizontal in
einer Trennwand 5 gelagert. Das auf der anderen Seite der Trennwand 5 liegende Ende
der Welle 4 trägt eine Seiltrommel 6. Der Getriebemotor 1 hängt ohne weitere Befestigung
frei an der Welle 4, so daß er um diese Welle schwenkbar ist; die nicht dargestellten
Stromzuführungen sind so ausgebildet, daß sie eine begrenzte Schwenkbewegung unbehindert
zulassen.
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Auf der Seiltrommel 6 ist ein Meßseil 7 aufgespult, an dem ein Pthlgewicht
8 hängt. Zur Festlegung der oberen Grenzatellung des Fühlgewichts 8 ist unter der
Seiltrommel 6 ein Flansch 9 angebracht, in dem eine Öffnung 10 gebildet ist, durch
die das Meßseil 7 geht. Die Öffnung 10 liegt lotrecht unter der Ablaufstelle des
Meßseils 7 von der Seiltrommel 6, so daß das Neßseil in allen Stellungen berührungsfrei
durch die Öffnung 10 läuft. Die Öffnung 10 erweitert sich konisch nach unten, und
in einem gewissen Abstand über dem B gewicht 8 ist an dem Meßseil 7 ein kegelförmiges
Straffgewicht 11 angebracht, das der Form der Öffnung 10 angepaßt ist. Die obere
Grenzstellung des Fühlgewichts 8 ist erreicht, wenn das Straffgewicht 11 in der
Öffnung 10 sitzt. Je nach ddr gewünschten Grenzstellung kann das Straffgewicht auch
fo*gelassen werden, so daß das Bühlgewicht 8 selbst in die Öffnung 10 eintritt,
wobei seine Oberseite zu diesem Zweck ebenfalls kegelförmig ausgebildet und an die
Form der Öffnung 10 angepaßt ist.
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Die Seiltrommel 6 ist nicht starr mit der Welle 4 verbunden, sondern
sitzt frei drehbar auf dieser Welle und ist mit dieser durch eine drehfedernde Kupplung
verbunden, die durch eine Spiralfeder 12 gebildet ist, von der ein Ende an der Welle
4 und das andere Ende an d er -Seiltrommel 6 verankert ist, Entlang dem Umfang der
Seiltrommel 6 sind vier Permanentmagnete 13 in gleichmäßigen Winkelabständen von
900 befestigt.
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Neben der Umlaufbahn dieser Permanentmagnete 13 ist ein Schutzrohrkontakt
(Herkon-Kontakt, Reed-Kontakt) so angeordnet, daß er jeweils beim Vorbeigang eines
Permanentmagnets 13 geschlossen wird.
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Zu beiden Seiten des Elektromotors 2 sind zwei Mikroschalter 15, 16
so a'ngordnet, daß sie bei einem Verschwenken des Elektromotors 2 in der einen bzw.
der anderen Richtung aus einer mittleren Ruhestellung betätigt werden.
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Das ganze Füllstandsmeßgerät ist oberhalb des Behälters, Silos oder
Bunkers angeordnet, dessen Füllstand überwacht werden soll, so daß das Fühlgewicht
8 sich im Innern des Behälters befindet. Der Flansch 9 bildet vorzugsweise einen
Teil einer st2uEichten Abdeckung, welche die Seiltrommel 6 und die zugehörigen Teile
vor staubigen Füllgütern schützt.
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Der von der Seiltrommel 6 und den zugehörigen Teilen gebildete mechanische
eil des Geräts ist durch die Trennwand 5 von dem elektrischen Teil getrennt, zu
dem auch der Getriebemotor 1 gehört. Die Trennwand 5 läßt auch Druckuntersohiede
zwischen dem Inneren und dem Äußeren. des Behälters bis zu einer gewissen höhe zu.
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In der Ruhestellung des Geräts befindet sich das Straffweicht 11 (bzw.
bei dessen Fehlen das Fühlgewicht 8) in der Öffnung 10, so daß auch die Öffnung
10 in den Meßpausen staubdiditverschlossen ist.
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Zur Messung des PUllstands wird der Elektromotor 2 in solcher Richtung
in Gang gesetzt, daß das Meßseil 7 von der Seiltrommel 6 abgespult wird. Das Fühlgewicht
8 bewegt sich daher im Behälter nach unten. Bei jedem Vorbeigang eines der Permanentmagnete
13 an dem Schutzrohrkontakt 14 wird ein elektrischer Impuls erzeugt, der das Abspulen
einer bestimmten Seillänge (z.B. 10 cm) anzeigt.
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Diese Impulse können in der üblichen Weise verwertet, beispielsweise
in einem Impulszähler angezeigt werden.
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Während der Abwärtsbewegung des Fühlgewichts 8 stellt sich ein Gleichgewichtszustand
der Waage ein, die einerseits von dem am Umfang der Seiltrommel 6 angreifenden Bühlgewicht
8 und andrerseits von dem freihängenden Getriebemotor 1 gebildet wird. Die Schalter
15 und 16 sind so angeordnet, daß sie in dieser Gleichgewichts stellung von dem
Elektromotor 2 nicht betätigt werden. Ferner ist während dieses Zustands die Spiralfeder
12 gerade so weit gespannt, daß die Federkraft die von dem Fühlgewicht 8 ausgeübte
Zugkraft aufhebt.
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Beim Auftreffen des Fühlgewichts 8 auf der Oberfläche des Füllguts
17 wird die Zugtelastung des Meßseils 7 aufgehoben. Die Spiralfeder 12 gibt nach,
und der Elektromotor 2 verschwenkt sich in eine neue GLeichgewichtsstellung, in
der er den Schalter 15 betätigt.
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In diesem Augenblick zeigt die Anzahl der seit dem Beginn des Meßvorgangs
gezählten Impulse den Füllstand an.
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Der Schalter 15 schaltet den Elektromotor 2 auf Rückwärtslauf um.Die
Welle 4.dreht sich in entgegengesetzter Richtung, wodurch zunächst die Spiralfeder
12 wieder gespannt wird, bis die Federkraft zum Anheben des Fühlgewichts 8 ausreicht.
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Dadurch wird erreicht, daß der Elektromotor 2 wieder allmählich in
seine neutrale Mittelstellung geht, ohne zu dem Schalter 16 überzuschwingen.
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Wenn der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist, wird die Seiltrommel
6 wieder gedreht und dadurch das Meßseil 7 aufgespult, wodurch das Fühlgewicht 8
nach oben bewegt wird.
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Wenn das Straffgewicht 11(bzw. bei dessen Fehlen das Fühlgewicht 8)
am Flansch 9 anschlägt, wird die Spiralfeder 12 durch die wetere Drehung der Welle
4 gespannt, wodurch die auf das Meßseil 7 ausgeübte Zugkraft weiter ansteigt. Dadurch
verändert sich der Gleichgewichtszustand, und der Elektromotor 2 verschwenkt sich
in der entgegengesetzten Richtung, bis er schließlich den Schalter 16 betätigt,
der den Elektromotor ausschaltet. Dadurch ist die A Ausgangsstellung des BülLstandsmeßgeräts
wieder erreicht, und dieses ist für den nächstenMeßvorgang bereit, der wieder in
der zuvor beschriebenen Weise abläuft.
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Beim Anlaufen entspannt sich zunächst wieder die Spiralfeder 12, bis
der normale Gleichgewichtszustand hergestellt wird; dadurch wird gewährleistet,
daß der Blektromotor 2 auch beim Anlaufen langsam in die neutrale Mittelstellung
geht, ohne bis zum Schalter 15 überzuschwingen.
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Da die verwendeten Meßseile sehr dünn sind, kann eine große Seillänge
auf der verhältnismäßig breiten Lauffläche der Seiltrommel 6 aufgewickelt werden.
Bei einem ausreichend großen Durchmesser der SeiltrommeL 6 ergibt selbst ein Aufspulen
von mehrerenLagen des Meßseils übereinander eine so kleine relative Durchmesseränderung,
daß die dadurch verursachten
Abweichungen des Meßergebnisses innerhalb
der zulässigen Toleranzgrenzen liegen.
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Patentansprüche