DE2627253C3 - Flüssigkeitsstand-Signalgeber - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstand-Signalgeber mit magnetischer Durchführung.

Ein solcher Flüssigkeitsstand-Signalgeber soll anzeigen, ob ein vorgegebener Flüssigkeitsstand in einem Behälter erreicht ist oder nicht. Dementsprechend ist der Schalter in einer oder der anderen Schaltstellung. Das Erreichen des vorgegebenen Flüssigkeitsstandes wird von einem beweglichen Schwimmer im Inneren des Behälters festgestellt, der dann von der Flüssigkeit angehoben wird. Es muß ein außerhalb des Behälters angeordneter Schalter betätigt werden. Um dabei die mit der Durchführung mechanischer Glieder durch die Behälterwandung ver-

bundenen Abdichtungsprobleme zu vermeiden, sind magnetische Durchführungen bekannt. Bei solchen magnetischen Durchführungen ist mit dem Schwimmer ein Magnet verbunden. Dieser Magnet wirkt durch den aus unmagnetischem Material bestehenden

ίο Flansch hindurch auf einen Anker, der bei der Bewegung des Schwimmers bewegt wird und einen Schalter betätigt.

Üblicherweise sind dieser Anker und der Schalter üi einem auf der Außenseite des Flansches angeord-

noten Gehäuse untergebracht. Dabei haben sich in der Praxis erhebliche Probleme ergeben.

In dem Behälter, in dem der Flüssigkeitsstand überwacht werden soll, können beim Ablauf chemischer Prozesse starke Temperaturschwankungen auf-

treten. Die Temperaturen können sich zwischen tief unter dem Gefrierpunkt liegenden Tiefstwerten und relativ hohen Temperaturen ändern. Dies hat auch starke Temperaturschwankungen des Gehäuses und des darin angeordneten Schaltermechanismus zur

Folge. Solche Schwankungen der Temperatur des Gehäuses können außer durch Schwankungen der Behältertemperaturen i:uch durch äußere Einflüsse wie Sonneneinstrahlung oder Änderungen der Außentemperatur hervorgerufen werden.

Eine Abkühlung des Gehäuses bewirkt nach den Gasegesetzen eine Verminderung des Luftdrucks im Gehäuse. Es wird Luft aus der Atmosphäre durch Undichtigkeiten des Gehäuses angesaugt. Diese Luft enthält Feuchtigkeit, und ein Teil dieser Feuchtigkeit

kondensiert und gefriert gegebenenfalls auf der Innenwandung des Gehäuses und den Oberflächen der in dem Gehäuse angeordneten Teile. Erwärmt sich das Gehäuse und die darin enthaltene Luft wieder, so entsteht ein Überdruck, der zu e<nem Abströmen von Luft führt. Wenigstens ein Teil des aus der Luft kondensierten Wassers bleibt jedoch bei diesem Vorgang im Inneren des Gehäuses zurück. Dieser Effekt ist kumulativ, und bei einer längeren Betriebszeit des Gerätes kann schließlich eine Eisschicht gebildet wer-

den, welche die Funktion des Schalters behindert oder Kurzschlüsse hervorruft.

Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, diese unerwünschte Erscheinung zu verhindern.
Zunächst wurde /ersucht, durch Abdichtung das

Eindringen von Außenluft in da? Gehäuse zu verhindern. Damit kann jedoch die Ansammlung von Feuchtigkeit im Gehäuse infolge des geschilderten Effekts allenfalls verzögert aber nicht verhindert werden. Es hat sich gezeigt, daß Außenluft beispielsweise

T) sogar längs der Isolation von Kabeln in das Gehäuse eintritt. Eine das Eindringen von Luft in das Gehäuse bei den auftretenden Temperaturschwankungen und über lange Betriebszeiten hinweg ausschließende Abdichtung übersteigt den für technische Geräte tragba-

ren Aufwand, wenn sie überhaupt möglich ist.

Es ist daher weiter versucht worden, die in das Gehäuse eindringende Feuchtigkeit durch ein im Gehäuse angeordnetes Trocknungsmittel wie Silicagel aufzufangen. Diese Maßnahme verzögert jedoch die

„5 Ansammlung von Feuchtigkeit und Vereisung des Gehäuseinneren nur um die Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Silicagel mit Feuchtigkeit zu sättigen. Es ist weiterhin versucht worden, eine Kondensa-

tion von Feuchtigkeit in dem Gehäuse dadurch zu verhindern, daß das Gehäuse beheizt wird. Eine solche Beheizung bedingt einen ständigen Energieverbrauch. Sie ist außerdem nicht zulässig bei eigensicheren Geräten in explosionsgefährdeten Räumen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsstand-Signalgeber der eingangs definierten Art mit magnetischer Durchführung zu schaffen, der auch bei ständigen periodischen Temperaturschwankungen über lange Betriebszeiten hinweg unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Effekte ungestört arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination der nachstehenden, an sich bekannten Merkmale:

a) Ein scheibenförmiger Flansch, der an einen Behälter ansetzbar ist und einen Durchbruch in der Behälterwandung abschließt und der wenigstens teilweise aus unmagnetischem Material besteht, weist auf seiner Innenseite ein Paar von sich senkrecht zum Flansch erstreckenden Lagerarmen auf, zwischen denen ein doppelarmiger Hebel schwenkbar gelagert ist, welcher an seinem inneren, dem Flansch abgewandten Ende einen Schwimmer und an seinem flanschseitigcn Ende einen Magneten trägt, und ein elektrischer Schalter außerhalb des Behälters ist durch das unmagnetische Material hindurch von dem Magneten betätigbar.

b) Der elektrische Schalter ist ein Reed-Schalter mit einem schutzgasgefüllten Gefäß, der in einem von einer radialen Bohrung des Flansches gebildeten Hohlraum angeordnet ist.

c) Das Gefäß des Reed-Schalters ist mit einer Vergußmasse umgössen.

Es hat sich gezeigt, daß mit der vorstehend genannten Merkmalskombination die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst werden kann. Der doppelarmige Hebel mit dem Magneten und dem Schwimmer ist im wesentlichen ausbalanciert. Die Bewegung des Magneten wird durch Änderungen des Auftriebs am Schwimmer hervorgerufen, ohne daß der Schwimmer als Ganzes in der zu überwachenden Flüssigkeit schwimmfähig sein müßte. Der Schwimmer kann daher hinreichend druckfest ausgebildet werden, so daß er nicht bei hohen Vffahrensdrücken zusammengequetscht wird. Die Ausbildung des elektrischen Schalters als Reed-Schalter in einer radialen Bohrung des Flansches vermeidet ein zusätzliches an den Flansch angesetztes Gehäuse. Das Volumen der Bohrung kann von vornherein sehr klein gehalten werden, wodurch auch die Menge der ansaugbaren feuchten Luft im Falle einer Abkühlung gering gehalten wird. Außerdem weist der Flansch auf der Außenseite keine vorstehenden Teile auf, an denen Kräfte angreifen und auf den Reed-Schalter wirksam werden könnten. Durch Umgießen des Gefäßes des Reed-Schalters mit einer Vergußmasse werden einmal die Zuleitungen des Reed-Schalters von der Vergußmasse umgeben und gegen Kurzschluß infolge sich ansammelnder Flüssigkeit gesichert. Außerdem wird das Luftvolumen in dem Hohlraum so weit verkleinert, daß der geschilderte »Pumpeffekt« nicht einreten kann. Das Vergießen des Reed-Schalters in dem Hohlraum ist möglich, da der Hohlraum mit dem Reed-Schalter in dem Flansch gegen mechanische Beanspruchungen weitgehend geschützt untergebracht ist und somit keine Deformationen auftreten, die von

der Wandung des Hohlraums über die Vergußmasse auf den Reed-Schalter übertragen werden könnten.

Ein Flüsüigkeitsstand-Signalgeber mit einem scheibenförmigen Flansch und einem sich senkrecht zu dem Flansch erstreckenden doppelarmigen Hebel, der einerseits einen Schwimmer und andererseits einen Magneten trägt, wobei der Magnet durch den Flansch hindurch einen Schalter betätigt, ist beispielsweise bekannt aus der DE-PS 1145077. Bei dieser bekannten Anordnung sitzt jedoch der Schalter in einem relativ großen Gehäuse, so daß auch bei Abdichtung dieses Gehäuses der eingangs geschilderte »Pumpeffekt« eintritt.

Es ist ein Flüssigkeitsstand-Signalgeber bekannt, bei welchem der elektrische Schalter ein Reed-Schalter mit einem schutzgasgefüllten Gefäß ist, der in einem von einer radialen Bohrung des Flansches gebildeten Hohlraum angeordnet ist (CH-PS 521573). Bei dieser bekannten Anordnung bildet der Flansch einen horizontalen Deckel eines m<* dem Behälter kommunizierenden Gehäuses. In diesem Gehäuse ist ein Schwimmer vertikalbeweglich geführt. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Schwimmer naturgemäß nicht ausbalanciert. Er muß in der Flüssigkeit schwimmfähig sein, so daß er sich mit dem Flüssigkeitsstariu aufwärts gegen den Deckel bewegt und einen an dem Schwimmer befestigten Magneten in den Bereich des Reed-Schalters bringt. Ein solcher Flüssigkeitsstand-Signalgeber ist nicht geeignet zur Überwachung des Flüssigkeitsstandes von Flüssigkeiten geringer Dichte unter hohem Druck, beispielsweise von verflüssigten Gasen. Der Hohlraum in dem Flansch enthalt ein relativ großes Luftvolumen, in welchem auch die Anschlußkontakte des Reed-Schalters angeordnet sind. Aus den geschilderten Gründen würde sich trotz der Abdichtung des Hohlraums nach außen bei periodischen starken Temperaturschwankungen durch den eingangs geschilderten »Pumpeffekt« indem Hohlraum Feuchtigkeit ansammeln, welehe im Verlaufe der Zeit die Funktionsfähigkeit des Signalgebers beeinträchtigt.

Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt (GB-PS 1391776), bei welcher ein Reed-Schalter in einer vertikal angeordneten langgestreckten Kapsel sitzt, die zentral in ein mit dem Behälter verbundenes Gehäuse hineinragt. Auf der zylindrischen Mantelfläche der Kapsel ist ein Schwimmer mit einem Dauermagneten beweglich geführt. Das Innere der Kapsel ist durch eine Isoliermasse ausgefüllt. Die Isoliermasse hat bei dieser bekannten Anordnung den Zweck, eine Isolation zwischen eirer zentral zu dem Reed-Schalter führenden Zuleitung und der als Rückleitung fungierenden, metallischen Kapsei zu gewährleisten. Bei die'-er jeuannten Anordnung eifolgt die Betätigung des Reed-Schalters dadurch, daß der nicht-ausbalancierte Schwimmer sich vertikal längs der Kapsel bewegt. Der Schwimmer muß also in der zu überwachenden Flüssigkeit schwimmen. Auch dies schließt die Verwendbarkeit einer solchen Anordnung bei einer Flüssigkeit von geringem spezifischen Gewicht unter hohem Druck, beispielsweise bei flüssigen Gasen, aus.

Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt (Firmendruckschrift Kubier, Typenblatt 1012 »Niveauschalter«), bei welcher an einem Flansch auf der Innenseite des Behälters Langarme angeordnet sind, die sich waagerecht, senkrecht zur Ebene des Flansches erstrecken und einen donnelarmieen Hebel traeen.

Der doppelarmige Hebel trägt an seinem inneren Ende einen Schwimmer und an dem dem Flansch zugewandten äußeren Ende einen Stabmagneten. Ein Reed-Schalter sitzt in einer axialen Bohrung eines von dem Flansch nach außen vorstehenden Gehäuses. Diese Bohrung ist gegen die Atmosphäre durch eine Dichtung abgeschlossen. Innerhalb der Bohrung ist der Reed-Schalter von einem Luftraum umgeben. Auch hier besteht die Gefahr, daß durch den eingangs geschilderten »Pumpeffekt« im Laufe der Zeit Feuchtigkeit in den den Reed-Schalter enthaltenden Hohlraum eintritt, und zwar ggf. innerhalb des Mantels des Zuleitungskabels. Ein Vergießen des Hohlraumes mit einer Vergußmasse würde bei dieser axialen Anordnung des Reed-Schalters in einem gegenüber dem Flansch nach außen vorstehenden Gehäuse die Gefahr mit sich bringen, daß durch Kräfte, die auf dieses Gehäuse wirken und über die Vergußmasse auf den Reed-Schalter übertragen werden, eine Veränderung des Schaltpunkts des Reed-Schalters oder eine Fehlschaltung verursacht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstand-Signalgebers;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht von rechts in Fig. 1 teilweise im Schnitt;

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt des Flansches.

Mit 10 ist ein Flansch bezeichnet, der in üblicher Weise auf einen Durchbruch einer Behälterwandung aufsetzbar ist und diesen abschließt. Auf der Innenseite des Flansches 10 ragt ein Paar waagerechter Lagerarme 12 in den Behälter hinein. Zwischen den Lagerarmen 12 ist ein Schwimmer 14 mit einem doppelarmigen Hebel 16 auf einer Achse 18 schwenkbar gelagert. Am Ende des Hebels 18 ist in einer geeigneten Kapselung 20 ein Magnet angebracht. Bei der Hubbewegung des Schwimmers 14 unter dem Einfluß eines Auftriebs bewegt sich die Kapselung 20 im wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung entspricht. In der Kunststoffhülse 24 sitzt ein Reed-Schalter 26 mit einer Zunge 28 aus ferromagnetischem Material, die zwischen zwei Kontakten 30 und • 32 beweglich ist. Die Zunge und Kontakte sitzen in einer mit Schutzgas gefüllten Kapsel 34 aus unmagnetischem Material und sind mit nach außen geführten Klemmen 36, 38 und 40 verbunden. An der mit der Zunge 28 verbundenen inneren Klemme 36 ist

ι» ein Anschlußdraht 42 verlötet, der innerhalb der Kunststoffhülse 24 längs der Kapsel 34 nach auswärts geführt ist.

Der Zwischenraum zwischen der Kapsel 34 und der Kunststoffhülse 24 ist mit einer Vergußmasse 44 aus- · gefüllt. Zu diesem Zweck wird eine abgemessene Menge von Vergußmasse in noch flüssigem Zustand in das Innere der Kunststoffhülse eingebracht, wobei das geschlossene Ende der Kunststoffhülse nach unten gerichtet ist. Beim Einsetzen der Kapsel 34 wird diese

:<> Vergußmasse verdrängt und schließt die Klemmen 38 und 40 sowie die damit verbundenen Anschlußdrähte 46 und 48 eines Zuleitungskabels 50 ein.

Das Zuleitungskabel 50 ist luftdicht umkleidet und ist bis zu der Vergußmasse 44 in die Kunststoffhülse

j . 24eingeschoben, wobei der Mantel des Zuleitungskabels 50 an der Innenwandung der Kunststoffhülse anliegt. In die Bohrung 22 ist weiterhin eine Druckhülsc 52 eingesetzt, welche das Zuleitungskabel 50 umgibt und mn ihrer Stirnfläche an der Stirnfläche am offenen

in Ende der Kunststoffhülse 24 anliegt. Die Druckhülse 52 ist durch einen Gewindering 54, der in ein Gewinde 56 am äußeren Ende der Bohrung 22 eingeschraubt ist, gesichert. Der GewinderingS4 trägt weiterhin eine übliche Zugentlastung 58 für das Kabel 50.

r, Bei der beschriebenen Anordnung entfällt ein gesondertes Gehäuse für den Schalter. Die Gasvolumina sind minimal, so daß der »Pumpeffekt«, d. h. das Ansaugen feuchter Außenluft und die Ansammlung von Feuchtigkeit bei der wiederholten Abkühlung und

Wiedererwärmung, nicht oder nur in vernachlässigbarem Maße eintritt. Selbst wenn innerhalb der Isolation des Kabels in Spalten zwischen Isolation und Draht

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einem unmagnetischen Material hergestellten Flansches 10.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist der Flansch eine Radialbohrung 22 auf, die sich bis über die Mitte des Flansches 10 erstreckt. In diese Radialbohrung 22 ist eine Kunststoffhülse aus Polytetrafluoräthylen eingeschoben, deren Außendurchmesser nenswerten Feuchtigkeitsmengen mit sich führen. Es -r, würde nämlich die Luft bei dem abwechselnden Abkühlen und Wiedererwärmen wegen des kleinen Volumens nur innerhalb dieser Spalte hin- und hergepumpt, so daß keine frische Außenluft in den Schalter gelangen kann, sondern nur Luft, die ihre Flüssigkeit -,o schon einmal abgegeben hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

b) Patentansprüche:

1. Fiüssigkeitsstand-Signalgeber mit magnetischer Durchführung, gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden, an sich bekannten Merkmale:

a) Ein scheibenförmiger Flansch (10), der an einen Behälter ansetzbar ist und einen Durchbruch in der Behälterwandung abschließt und der wenigstens teilweise aus unmagnetischem Material besteht, weist auf seiner Innenseite ein Paar von sich senkrecht zu dem Flansch (10) erstreckenden Lagerarmen (12) auf, zwischen denen ein doppelarmiger Hebel (16) schwenkbar gelagert ist, welcher an seinem inneren, dem Flansch abgewandten Ende einen Schwimmer (14) und an seinem flanschseitigen Ende einen Magnete» Ϊ20) trägt, und ein elektrischer Schalter außerhalb des Behälters ist durch das unmagnetische Material hindurch von dem Magneten (20) betätigbar.
Der elektrische Schalter ist ein Reed-Schalter (26) mit einem schutzgasgefüllten Gefäß, der in einem von einer radialen Bohrung (22) des Flansches (10) gebildeten Hohlraum angeordnet ist.

c) Das Gefäß des Reed-Schalters (26) ist mit einer Vergußmasse (44) umgössen.

2. Flüssirkcitsstand-Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reed-Kont&kt (26) ein eine» an ihrem inneren Ende geschlossenen Kunststoffhülse (24) sitzt, deren Außendurchmesser im wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung (22) entspricht.

3. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein luftdicht umkleidetes Zuleitungskabel (50) mit den Anschlüssen (42, 46, 48) für den Reed-Kontakt (26) in das offene Ende der Kunststoffhülse (24) bis zu der Vergußmasse (44) eingeschoben ist, wobei der Mantel des Zuleitungskabels (50) an der Innenwandung der Kunststoffhülse (24) anliegt.

4. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung eine Druckhülse (52) eingesetzt ist, welche das Zuleitungskabel (50) umgibt und mit ihrer Stirnfläche an der Stirnfläche am offenen Ende der Kunststoffhülse (24) anliegt.

5. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhülse (24) aus Polytetrafluoräthylen besteht.