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Patentgesuch
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Vorrichtung zum Überwachen der Strömungsmenge von flüssigen oder
gasförmigen Medien in Leitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum überwachen der Strömungsmenge von flüssigen oder gasförmigen Medien in Leitungen,
bei der ein an einem Verschlußkörper, der durch das strömende Medium gegen Federwirkung
verschiebbar ist, angebrachter Stellteil berührungslos einen Schalter betätigt,
Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform einer
solchen Vorrichtung (DT-PS 1 648 014) trägt der Verschlußkörper einen Ringmagneten
in Gestalt eines Dauermagneten, und es ragt ein Schutzgasmagnetschalter in den als
Hohlkörper ausgebildeten Verschlußkörper hinein, so daß sich der Schutzgasmagnetschalter
im Wirkbereich des sich axial bewegenden Ringmagneten befindet. Auch andere ähnliche
Vorrichtungen sind bekannt, bei denen der Verschlußkörper zwei Ringmagnete als Dauermagnete
aufweist, die über ein von ihnen erzeugtes äußeres Magnetfeld einen geeigneten Schutzgasmagnetschalter
beeinflussen, Diese bekannten Vorrichtungen weisen noch
erhebliche
Nachteile auf, die insbesondere in der geringen Ansprechempfindlichkeit und der
daraus resultierenden verhältnismäßig schlechten Reproduzierbarkeit des Schaltpunkts
zu sehen sind. Die Betätigung des Schutzgasmagnetschalters über den Ringmagnet läßt
einen verhältnismäßig breiten Schaltbereich, was sich insbesondere bei geringeren
Durchflußmengen als erheblicher Schaltfehler äußert. Ein weiterer wesentlicher Nachteil
ist darin zu sehen, daß infolge des oder der Ringmagneten am Verschlußkörper im
zu messenden Medium vorhandene magnetische Teilchen von diesen Ringmagneten angezogen
werden und sich im Bereich des Magnetfelds am Verschlußkörper cder dessen mitbewegten
Teilen ablagern und so einerseits zu erhöhten Reibungswidrständen führen können,
zum anderen aber zu einer Veränderung der Kennlinien dieses Schaltglieds der Vorrichtung,
wodurch ebenfalls die Reproduzierbarkeit des Schaltpunkts einerseits und die Ansprechempfindlichkeit
der Vorrichtung andererseits beeinträchtigt wird. Auch dies wirkt sich nachteilig
auf die Verwendung einer solchen Vorrichtung bei geringen Durchflußmengen aus, eine
solche Vorrichtung ist häufig bei derartigen geringen Durchflußmengen nicht oder
nicht lange einsetzbar. Will man die Schaltgenauigkeit in Grenzen stabil halten,
so sind für die verschiedensten Durchflußmengenbereiche unterschiedliche Vorrichtungen
zu erstellen, was die geschilderten Nachteile jedoch nur in Grenzen hält, nicht
aber in ausreichendem Maß beseitigt. Auch die Hysterese einer solchen Vorrichtung
ist noch verhältnismäßig hoch, Insgesamt sind daher die bekannten Vorrichtungen
mit ihren Permanentmagneten und Schutzgasmagnetschaltern -nfelge ihres Schaltverhaltens
und insbesondere infolge ihres sich mit der Zeit verändernden Schaltverhaltens nur
bedingt einsetzbar und finden insbesondere ihre Grenzen bei geringeren Durchflußmengen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
angegebenen Art zu schaffen, bei der diese geschilderten Nachteile weitestgehend
behoben sind und insbesondere eine genaue Reproduzierbarkeit des Schaltpunkts über
einen großen Bereich von Durchflußmengen und eine hohe Ansprechempfindlichkeit über
praktisch die gesamte Lebensdauer einer solchen Vorrichtung ohne Änderung des Schaltverhaltens
gewährleistet ist, wobei Bauteile und Gesamtkonstruktion einfach und zugleich für
den rauhen Einsatz in der Industrie geeignet sein sollen. Dies wird nach der Erfindung
bei einer Vorrichtung der eingangs angegeben Art dadurch erreicht, daß der vom Stellteil
des Verschlußkörpers berührungslos betätigte Schalter als ein induktiver Näherungsschalter
ausgebildet und der als Metallkörper ausgebildete Stellteil in den Wirkspalt des
Näherungsschalters bewegbar geführt ist. Dadurch wird der ganz wesentliche prinzipielle
Vorteil erzielt, daß mit dem beweglichen Verschlußkörper-oder dessen mitgenommenen
Bauteilen kein Permanentmagnet verbunden ist, so daß jede Gefahr einer Anlagerung
von magnetischen Partikeln mit den geschilderten Nachteilen ausgeschlossen ist0
Dadurch wird bereits eine Veränderung des Schaltverhaltens über die Betriebsdauer
der Vorrichtung vermieden. Darüber hinaus wird der Vorteil erzielt, daß ein induktiver
Näherungsschalter über den Stellteil mit größtmöglicher Empfindlichkeit betätigt
wird, so daß einerseits eine sehr genaue Reproduzierbarkeit des Schaltpunkts erzielt
wird und andererseits eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit, wodurch insgesamt
ein außerordentlich genaues Schaltverhalten der Vorrichtung ermöglicht wird. Es
hat sich gezeigt, daß die Hysterese der Vorrichtung außerordentlich gering ist0
Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Vorrichtung nach der Erfindung auch
für die Überwachung kleinster Durchflußmengen ohne Einbuße ihrer Schaltgenauigkeit
geeignet ist,
zugleich aber auch bei großen Durchflußmengen eingesetzt
werden kann, so daß insgesamt ein großer Meßbereich oder Schaltbereich erfaßt wird
und daher für viele Anwendungsfälle eine einzige Vorrichtung erstellt und eingesetzt
werden kann, so daß die Typenvielfalt der bekannten Vorrichtungen verringert und
dadurch Fertigung, Lagerhaltung und Einsatz rationalisiert und vereinfacht werden.
Infolge des als einfacher Metallkörper ausgebildeten Stellteils und dessen Unanfälligkeit
gegen Teilchenablagerungen und die durch die Verwendung des induktiven Näherungsschalters
ermöglichte kompakte Bauweise ist die Vorrichtung nach der Erfindung auch für den
überaus rauhen Einsatz in der Industrie geeignet. Der induktive Näherungsschalter
schaltet elektronisch und daher im Gegensatz zu Schutzgasmagnetschaltern verschleißfrei,
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der induktive Näherungsschalter als
Schlitzinitiator ausgebildet, der auch als Schlitzschalter bezeichnet wird. Dabei
wird zweckmäßig ein induktiver Näherungsschalter nach DIN 19234 bzw. NATUR eingesetzt.
Ein derartiger Näherungsschalter bietet für eine Vorrichtung nach der Erfindung
den weiteren Vorteil, daß eine kompakte Bauweise mit minimalem Energiebedarf erreicht
wird und vor allem ein Einsatz in eigensicheren Stromkreisen innerhalb explosionsgefährdeter
Bereiche ermöglicht wird. Die Genauigkeit des Schaltverhaltens und insbesondere
der Reproduzierbarkeit des Schaltpunkts wird weiter gefördert.
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Eine besonders zweckmäßige und störunanfällige Bauweise wird in weiterer
Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß der Verschlußkörper in einem Gehäuse
in seiner Verschieberichtung mit Hilfe eines Führungsstabs längsgeführt ist, der
FWnnn'.gsstab am vom Verschlußkörper abgewandten Ende als Stellteil eine Metallfahne
trägt und der Wirkspalt des induktiven Näherungsschalters in Fortsetzung der Längserstreckung
der Metallfahne angeordnet ist, Der in der Leitung wirkende Verschlußkörper wird
durch den jeweiligen Flüssigkeitsstrom
aus seinem Sitz gehoben und
bewegt über den Führungsstab die Metallfahne in den Wirkspalt des Näherungsschalters
oder Schlitzinitiators, wodurch dessen Schaltung bewirkt wird. Die erfindungsgemäße
Konstruktion ermöglicht eine sicher zu führende kompakte Bauweise in praktisch koaxialer
Anordnung aller zusammenwirkender Teile und damit einen einfachen Aufbau in einem
Gehäuse mit geringen Abmessungen, das bei entsprechender Gestaltung auf einen handelsüblichen
Ventilkörper in einer Rohrleitung geschraubt werden kann, so daß ein Einsatz in
den verschiedensten Bereichen und an den verschiedensten Stellen derartiger Rohrleitungen
möglich ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der induktive
Näherungsschalter in Bewegungsrichtung der Metallfahne des Verschlußkörpers ver-
und feststellbar gehalten und geführt. Auf diese Weise ist es möglich, den Schaltpunkt
sehr genau auf den jeweiligen Einsatzfall abzustimmen.
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Für die Bauweise und Funktion ist es gleichermaßen vorteilhaft, wenn
in weiterer Ausbildung der Erfindung die Metallfahne des Verschlußkörpers von einem
Schutzrohr aus nichtmetallischem Werkstoff dicht umschlossen ist, das sich durch
den Wirkspalt des induktiven Näherungsschalters erstreckt. Dieses Schutzrohr dient
zugleich als mechanische Führung für die Metallfahne im Wirkspalt des Näherungsschalters
und zum Schutz der Metallfahne wie auch des Näherungsschalters gegen irgendwelche
Verunreinigungen.
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Eine besonders kompakte und für die Herfteii#Z wie auch für die Montage
wie auch für die Einstellung der Vorrichtung besonders zweckmäßige Bauweise wird
in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Längsführung des
Führungsstabes des Verschlußkörpers auf einer Seite und das Schutzrohr sowie die
verstellbare Halterung des induktiven Näherungsschalters auf der
gegenüberliegenden
Seite eines im Gehäuse befestigten Nontagekörpers angeordnet sind, an dem sich die
den Verschlußkörper beaufschlagende Feder abstützt. Hierdurch wird erreicht, daß
die wesentlichen und insbesondere die beweglichen und einstellbaren Teile der Vorrichtung
auf einem einzigen Grundkörper montiert werden können und mit diesem Grundkörper
und gemeinsam mit dem Verschlußkörper in ein Gehäuse eingesetzt werden können, das
dann in die Leitung eingefügt wird, und zwar kann bei entsprechender Ausbildung
des Gehäuses mit dem Verschlußkörper die gesamte Vorrichtung auf einen handelsüblichen
Ventilkörper innerhalb der Leitung eingesetzt werden, also praktisch an beliebiger
Stelle einer Rohrleitung eingesetzt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Längsführung
für den Führungsstab des Verschlußkörpers als ein den Führungsstab umschließender
offener Führungskurb ausgebildet. Abgesehen von der besonders einfachen und zweckmäßigen
Bauweise wird dadurch erreicht, daß eine Verklemmung des Verschlußkörpers oder seines
Führungsstabs infolge Verschmutzung praktisch ausgeschlossen wird, da durch den
offenen FührungskDrb eine Art Selbstreinigung durch das strömende Medium erfolgt.
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Dabei ist es für eine einfache Herstellung und einfache Montage zweckmäßig,
wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung der Führungskorb aus in Längsrichtung
verlaufenden Säulen gebildet ist, die auf der Seite des Verschlußkörpers am Montagekörper
befestigt sind, und umgibt die den Verschlußkörper beaufschlagende Feder als Schraubenfeder
die Säulen und ist schließlich einerseits am Montagekörper und andererseits am Verschlußkörper
abgestützt. Bei exakter Führung von Führungsstab und Schraubenfeder wird zugleich
eine offene Käfigbauweise erreicht, durch die eine Verklemmung praktisch ausgeschlossen
wird. Die
geschilderte Bauweise ermöglicht es, auch die Säulenführung
an dem gemeinsamen Montage-Grundkörper anzuordnen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der induktive
Näherungsschalter an einem Führungskörper befestigt und dieser Führungskörper auf
einer Einstellspindel ver- und feststellbar gelagert, die ihrerseits in einer auf
dem Montagekörper schalterseitig befestigten Halterung gelagert ist. Über diese
Einstellspindel und den sicher geführten Führungskörper kann eine sehr genaue Justierung
der Lage des Näherungsschalters gegenüber der Metallfahne vorgenommen werden, also
eine genaue Einstellung der Vorrichtung auf den Schaltpunkt und somit auf den jeweils
gewünschten Durchflußmengenbereich.
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Bei einfachster Bauweise und erleichterter Herstellung und Montage
wird somit ein Gerät mit hoher Schaltgenauigkeit erstellt, das über einen weiten
Durchflußmengenbereich genau arbeiten kann. Es lassen sich daher viele Anwendungsfälle
mit einer einzigen Vorrichtung erfassen, so daß nur eine oder wenige Typen der Vorrichtung
gefertigt und auf Lager gehalten werden müssen, was besonders rationell und einfach
ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile sowie vorteilhafte Wirkungen
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen Fig. 1
einen Längsschnitt durch eeit richtung nach der Erfindung mit zugeordnetem Ventilkörper
der Rohrleitung,
Fig. 2 die Draufsicht auf die Vorrichtung nach
Fig. 1 mit oben geöffneter Schutzhaube, Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet
zusammen mit einem handelsüblichen Ventilgehäuse 1 und ist über ein zylindrisches
Gehäuse 2 in den Anschlußstutzen des Ventilkörpers 1 eingeschraubt.
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Es ist ein Verschlußkörper 3 vorgesehen, der in der Ruhestellung
auf dem Ventilsitz 4-aufruht und durch das strömende Medium vom Ventilsitz 4 nach
oben verschiebbar ist. Diese Verschiebung erfolgt gegen die Kraft einer Schraubenfeder
5, Dazu ist an dem Verschlußkörper 3 ein Führungsstab 6 angeordnet, der in einem
aus in Längsrichtung bzw.
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parallel zur Bewegungsrichtung bzw. parallel zur Längsachse der Gesamtvorrichtung
verlaufenden Säulen 7 bestehenden offenen Führungskorb geführt ist. Die Feder 5
ist als Schraubenfeder ausgebildet und umschließt den Führungskorb 7. Der Führungskorb
mit seinen Säulen 7 ist in einem Montagekörper 8 befestigt, der, wie im folgenden
noch geschildert wird, die weiteren Bauteile der Vorrichtung trägt und in das Gehäuse
2 abgedichtet eingesetzt ist.
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An seinem oberen Ende trägt der Führungsstab 6 des Verschlußkörpers
3 eine Metallfahne 9, z.B. aus Messing oder einem ferromagnetischen Material, Die
Metallfahne 9 wird somit vom Verschlußkörper 3 über dessen Führungsstab 6 in Längsrichtung
verschoben.
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Auf der dem Verschlußkörper 3 gegenüberliegenden Seite des Montagekörpers
8 ist zunächst ein Schutzrohr 10 aus nichtmetallischem Werkstoff befestigt, das
die Metallfahne 9 umschließt. Zur Halterung sowohl des Schutzrohrs als auch des
Führungskorbes 7 über eine Anschlußbuchse 11 dient eine Klemmbuchse 12, die z.B.
in den Montagekörper 8 hart eingelötet ist.
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Auf der gleichen, vom Verschlußkörper 3 abgewandten Seite des Montagekörpers
8 ist ferner eine U-förmige Halterung 13 befestigt, in dessen Schenkel eine Einstellspindel
14 gelagert ist. Auf der Einstellspindel 14 ist ein Führungskörper 15 ver- und feststellbar
gelagert, der sich zur genauen Führung auf der Basis der Halterung 13 abstützt,
Eie Fig. 1 zeigt. Dieser Führungskörper 15 trägt an seinem zur Achse der Vorrichtung
gerichteten Abschnitt einen in der Zeichnung schematisch dargestellten induktiven
Näherungsschalter 16, in dessen aus Fig. 2 ersichtlichen Wirkspalt 17 das Schutzrohr
10 für die Metallfahne 9 ragt, so daß sich auch die Metallfahne 9 bei entsprechender
Verschiebung des Verschlußkörpers 3 mit seinem Führungsstab 6 die Metallfahne mehr
oder weniger in den Wirkspalt 17 des Näherungsschalters bewegt.
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Der Näherungsschalter 16 ist vorzugsweise als Schlitzinitiator oder
Schlitzschalter ausgebildet und wiederum vorzugsweise als induktiver Näherungsschalter
nach DIN 19234 bzw. NAMUR. Da ein derartiger induktiver Näherungsschalter in seinen
Einzelheiten bekannt ist (Zeitschrift "Elektrotechnik" 57, H.24, 27.12.1975, Seite
40), braucht er in seinem Aufbau hier nicht im einzelnen erläutert zu werden. Dieser
mit einem elektronischen Schalter in Gestalt eines Transistors arbeitende Näherungsschalter
ist durch die in Fig. 2 ersichtlichen Leiter 18 elektrisch mit der beispielsweise
dargestellten Anschlußklemme 19 verbunden, an die die nach außen über die Durchführung
20 geführten weiteren Leiter 21 angeschlossen sind. Diese Leiter führen zu dem jeweiligen
Auswertungsglied, z.B, einer Relaiskombinationx aR G-euse 2 mit seinem flontagekörper
8 und den darauf angebrachten Bauteilen ist durch eine Schutzhaube 22 dicht abgeschlossen,
an der auch die Durchführung 20 befestigt ist.
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Wie die Zeichnung zeigt, ist die gesamte Vorrichtung mit ihrem Gehäuse
2, dem Montagekörper 8 und der Schutzhaube 22 im wesentlichen konzentrisch zum Verschlußkörper
3 aufgebaut und kann in dieser sehr kompakten und störunanfälligen Bauweise direkt
in den Anschlußstutzen eines handdsüblichen Ventilkörpers 1 eingeschraubt werden.
Die Einstellspindel 14 der Halterung 13 ermöglicht eine sehr feine Einstellung des
Näherungsschalters 16 über den Führung körper 15 und damit eine sehr genaue Justierung
des Schaltpunkts der Vorrichtung. Die Schraubenfeder 5 ist sicher zwischen dem Montagekörper
8 und dem Verschlußkörper 3 abgestützt. Der Verschlußkörper 3 und sein Führungsstab
6 bestehen zweckmäßig aus einem Teil Kunststoff. Auch das dicht verschlossene Schutzrohr
10 kann zweckmäßig aus Kunststoff oder Glas geformt sein, Halterung 13, Einstellspindel
14 und Führungskörper 15 wie auch der Montagekörper 8 und der Pührungskorb 7 sind
zweckmäßig aus Messing oder nichtrostendem Stahl gefertigt. Die Schutzhaube 22 ist,
wie die Zeichnung zeigt, mithilfe von am Montagekörper gehaltenen Messigbolzen 23
durch geeignete Schraubverbindungen gehalten und kann zur Einstellung des Schaltpunkts
über die Einstellspindel 14 leicht abgenommen werden.
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Der Schaltpunkt der so ausgebildeten Vorrichtung ist abhängig von
der Nennweite des Verschlußkörpers 3, der Einstellung des Näherungsschalters 16
über die Einstellspindel 14 und den Führungskörper 15 sowie von der Dichte und der
Menge des durchfließenden Mediums. Über die Anpassung der jeweiligen Bauteile und
Daten kann die Vorrichtung über einen weiten Bereich von Durchflußmengen eingesetzt
werden. Erfahrungen mit einer praktischen
Ausführungsform haben
gezeigt, daß schon geringste Durchflußmengen, z.B. 0,5 1/Min0, genauestens über
den Schaltpunkt beherrscht werden können und daß die Hysterese der Vorrichtung außerordentlich
gering ist.
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Sie beträgt z.B. ab einer Durchflußmenge von 6 1/Min.
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für alle ausgeführten Typen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht
mehr als ca. 1 % des eingestellten Durchflußmengenschaltpunkts.
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Die geschilderte und beanspruchte Bauweise der Vorrichtung ermöglicht
eine weitestgehend lageunabhängige Montage in der Rohrleitung und kann somit leicht
in die Gesamtkonstruktion eines Leitungssystems nach dessen Erfordernissen einbezogen
werden. Da sämtliche bewegten Bauteile der Vorrichtung im Gegensatz zu den bekannten
Vorrichtungen dieser Art ohne j jeden permanentmagnetischen Bestandteil sind, wird
eine Beeinträchtigung des Schaltverhaltens durch Anlagerung magnetischer Schmutzpartikel
ausgeschlossen.
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