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Niveaufühler für Flüssigkeiten
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Die Erfindung betrifft einen Niveaufühler für Fltissigkeiten mit einem
Führungsrohr, das senkrecht in der Flüssigkeit angeordnet wird, deren Niveau abgefühlt
werden soll; mit einem Schwimmer, der sich am Führungsrohr frei bewegt und sich
mit dem Flüssigkeitsniveau anhebt und absenkt und mit einem magnetischen Annäherungsschalter
im Führungsrohr.
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Niveaufühler für Flüssigkeiten sind bekannt, bei denen ein nicht magnetisches
Führungsrohr senkrecht in der Flüssigkeit angeordnet ist, deren Niveau abgeffihlt
werden soll. Dabei ist eine Mehrzahl von Reedschaltern in Abstand in der Röhre angeordnet.
Diese werden durch einen Magneten betätigt, der von einem Schwimmer getragen wird,
welcher am Rohr geführt wird und sich mit dem Flüssigkeitsniveau anhebt und absenkt.
Die Reedschalter liegen in elektrischen Kreisen und signalisieren das Flüssigkeitsniveau.
Sie kdn k nen die Betätigung von Pumpen, Alarmvorrichtungen, Anzeigevorrich tungen
u.ä. auslösen. Die folgenden US-Patente sind Beispiele, in denen ein solcher Flüssigkeits-Niveausensor
beschrieben ist: 3 200 645 3 678 75o 3 788 340 3 685 357 3 646 293
All
diesen bekannten Niveaufühlern ist ein Problem gemeinsam. Der Reedschalter wird
geschlossen, wenn der Schwimmermagnet sich vorbewegt, z.B. während einer Aufwärtsbewegung
des Schwimmers. Er öffnet dann, sobald der Schwimmermagnet sich über den Schalter
hin ausbewegt. Demzufolge wird nur dann ein Kreis über den Reedschalter geschlossen,
wenn das Feld des Schwimmermagneten am Reedschalter vorbeistreicht. Um verwendbar
zu sein, muß der Reedschalter daher elektrisch an ein System angeschlossen werden,
das durch das dEnen des Schalters, wenn der Schwimmer weiter ansteigt, nicht gestört
wird. Ein solches System kann z.B. ein Selbsthalterelais verwenden (vgl. US-Patent
3 685 357), welches den Stromkreis unter Spannung hält, auch wenn der Reedschalter
öffnet. Solche Anordnungen ergeben Redundanzprobleme; es muß nämlich sichergestellt
werden, daß dann, wenn der Reedschalter öffnet, dies nicht deshalb er folgt, weil
der Schwimmer die Richtung umgekehrt hat, sondern weil der Schwimmer tatsächlich
weiter ansteigt. Sollte außerdem der Schwimmer ansteigen und - vor dem Erreichen
des nächsten Reedschal ters - ein elektrischer Stromausfall während der Zeit stattfinden,
n welcher der Schwimmer den Schalter passiert, zeigt der Schaltreis das erhöhte
Flüssigkeitsniveau nicht an, wenn der Strom zurü kehrt.
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Zur Vermeidung von Redundanzproblemen, Problemen beim Wegbleiben es
elektrischen Stromes, zur Vermeidung von Selbsthalterelais u.ä. hat man sich bemüht,
den Reedschalter geschlossen zu halten, enn der Schwimmermagnet ihn erreicht, auch
wenn das FlUssigkeitsniveau weiter anste tt. Bei einer kommerziell erhältichen Lösung
dieser
Probleme und einer weiteren, die im US-Patent 3 826 139 beschrieben ist, wird ein
Führungsrohr mit einer Mehrzahl von Schwimmern verwendet. Jeweils ein Schwimmer
gehört zu einem Reedschalter. Am Fuhrungsrohr sind Anschläge vorgesehen, welche
den Anstieg von jedem Schwimmer begrenzen. Auf diese Weise wird dessen Aufwärtsbewegung
angehalten, wenn der zugehörige Magnet den Reedschalter geschlossen hat. Der Schwimmer
bleibt dann in dieser Stellung, während die Flüssigkeit weiter ansteigt, und hält
so den Reedschalter geschlossen. Der Schalter wird geöffnet, wenn das Flüssigkeitsniveau
soweit abfällt, daß der Schwimmer weg vom Anschlag absinkt und seinen zugehörigen
Magnet hinreichend tief unter den Reedschalter führt, so daß dieser öffnen kann.
Hier ist nicht nur eine Anzahl von Schwimmern nötig, was die Kosten des Sy stems
erhöht; die einzige Art und Weise, wie die Abfilhlniveaus verändert werden können,
besteht darin, die Schwimmeranschläge am Führungsrohr zu verschieben. Dies bedeutet,
daß physikiischer Zugang zur Außenseite des Filhrungsrohres geschaffen werden muß,
was manchmal schwierig oder unzweckmäßig ist.
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Eine weitere Lösung filr das geschilderte Problem ist im US-Patent
3 437 771 beschrieben. Hier ist ein zweiteiliger Schwimmer gezeigt dessen einer
Teil, der den Magnet trägt, an einem Vorspannungsaag net am Schalter ankoppeln und
den Schalter öffnen und an diesem Schalter bleiben soll, bis der andere Teil des
Schwimmers so weit abgesunken ist, daß er den inneren Schwimmer vom Schalter nach
unten weg führt und den Schalter wieder schließen läßt. Auch bei
dieser
Lösung wird ein ,anschlag verwendet, mit dem der Anstieg des Schwimmers begrenzt
wird. Auch hier wären mehrere Schwimmer und Anschlage erforderlich, wenn mehr als
zwei Schalter (Niveau) im Spiele sind. Zusätzlich wird der Schalter normalerweise
durch den Vorsnannunqsmagnet geschlossen und durch den Schwimmermagnet geöffnet.
Die bekannte Lehre scheint auf diese Betriebsart beschränkt zu sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die geschilderten ;4achteile
bekannter Niveaufühler zu beseitigen. Gleichzeitig werden zusätzliche Vorteile erzielt.
Dies geschieht mit den Mitteln, die im Hauntanspruch angegeben sind.
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Es wird ein Niveaufühler für Flüssigkeiten geschaffen, bei dem der
Schalter magnetisch in einen anderen Kontakt-zustand gebracht wird, wenn der Schwimmer
sich im Führungsrohr an einem Schalter vorbeibewegt. Dieser Kontaktzustand wird
dann aufrecht erhalten, auch wenn sich der Schwimmer weiter nach oben vollständig
am Schalter vorbeibewegt, bis er wieder zurückkehrt und den Schalter in der entgegengesetzten
Richtung passiert. Dabei betätigt der Schwimmer den Schalter magnetisch, so daß
dieser die Kontakte in ihren ursprünglichen Zustand zurückführt. Im Ergebnis ist
es möglich, das Führungsrohr mit einer Mehrzahl von Schaltern auszustatten, die
in verschiedenen Höhen angeordnet sind, wobei ein einziger freier Schwimmer sich
mit dem Flüssigkeitsniveau anhebt und fällt. Dieser einzige freie Schwimmer betätigt
und hält jeden
Schalter, an dem er bei seiner Aufwärtsbewegung
vorbeikommt (z.B.); er löst dann aufeinanderfolgend jeden Schalter, an dem er bei
sei ner Abwärtsbewegung vorbeikommt. Auf diese Weise werden keine Selbsthalterelais
in den Schaltkreisen benötigt. Die Betätigung und das falten der Schalter geschieht
durch Verwendung von Permanentmagneten und hängt nur von der Bewegung des Schwimmers
in leine bestimmten Richtung am Schalter vorbei ab. Demzufolge begeinträchtigt der
zeitweise Stromausfall während der Bewegung des Schwimmers an einem Schalter vorbei
die Logik des Systems nicht.
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Er gerät nicht außer Tritt oder Phase mit dem Flüssigkeitsniveau.
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Der Sensor kann außerdem so gebaut werden, daß er Schalter mit verschiedenen
Betriebsarten in verschiedenen höhen innerhalb desselben F;1hrunqsrohres vorsieht.
Beispielsweise kann ein Schalter normalerweise offen und ein anderer normalerweise
geschlossen sein. Wenn sich der Schwimmer in einer Richtung entlang des Roh-'res
bewegt, werden die Kontakte von jedem Schalter in den jeweils en tgegenge setzten
Zustand gebracht.
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Die Schalter kennen im Führungsrohr so gehalten sein, daß sie von
einem Ende des Rohres aus umpositioniert werden können. Angesichts der Möglichkeit
des Schwimmers, das gesamte Rohr zu durchqueren und jeden Schalter bei der Vorbeibewegung
festzuhalten, ermöglicht dieses Umpositionieren der Schalter eine einfache Einstellung
der Abfilhlhöhe, ohne daß direkter Zugang zum Schwimmer erforderlich wäre. illit
anderen Worten ist es nicht notwendig, Anschlage an der
Außenseite
des Fiihrungsrohres neu zu positionieren und durch die Bewegung des Schwimmers zu
begrenzen.
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Bei der Ausführung der Erfindung werden magnetische Annäherungsschalter,
z.B. Reedschalter, im Fithrungsrohr so aufgehängt, daß sie auf <las Vorbeistreichen
des magnetischen Feldes ansprechen und dadurch betätigt werden, wenn der Schwimmer
mit den FliIssigkeitsniveau am Schalter vorbei ansteigt und abfällt. Im rXegensatz
zu den bekannten Flüssigkeits-Niveaufühlern, die Reedschalter verwenden, werden
die Reedschalter qemät der vorliegenden Erfindung offen oder geschlossen, je nach
lunsch, gehalten. Dies kann auf verschiedene Weise erzielt werden, wobei jede Art
eine bestimmte Kombination und Anordnung von Schalter und Schwimmer erfordert.
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Bei einem Lösungsweg wird ein herkhmmlicher Reed-Schalter mit normalerweise
offenen Kontakten mit einen kleinen Vorspannungsmagnet versehen, dessen Stärke fflr
sich nicht ausreicht, die Kontakte zu schließen. Wenn die Kontakte jedoch einmal
geschlossen sind, reiche dieser magnet aus, die Kontakte geschlossen zu halten.
Die Magnet vorrichtung, die vom Schwimmer getragen wird, ist so eingerichtet, daß
sich voreilende und nacheilende maqnetische Felder entgegengesetzter Richtung ergeben
(Voreilen und Nacheilen bezogen auf die Bewegung des Schwimmers entlang des Führungsrohres;
"Entgegengesetzte Richtung" bezieht sich auf die Richtung der magnetischen Flußlinien).
Wenn die Richtung des nacheilenden Feldes des Schwinimermagneten am Reedschalter
vorbeistreicht, verstärkt bzw. ergänzt
dieses die Polarität des
Vorspannungsmagneten. Der Reedschalter wird darauf geschlossen und bleibt unter
dem Einfluß des Vorspannungsmagneten geschlossen, auch wenn sich der Schwimmer weiterbewegt.
Der Schalter bleibt geschlossen, bis der Schwimmermagnet wieder von der entgegengesetzten
Richtung herankommt. Die Richtung des voreilenden Feldes ist der Polarität des Vorsnannungs-!magneten
entgegengesetzt. Daraufhin öffnet sich der Schalter und bleibt offen, auch wenn
der Schwimmer sich weiter am Schalter vor bei und von diesem wegbewegt. Es gibt
zwei Möglichkeiten, die voreilenden und nacheilenden Felder entgegengesetzter Richtung
jzu erzielen. Gemäß einer Möglichkeit wird die Schwimmermagnetvorrichtung so eingerichtet,
daß ein Pol radial nach innen zum FAhrungsrohr zeigt und der entgegengesetzte Pol
radial nach außen zeigt. Bei der anderen Möglichkeit umfaßt die Schwimmermagnetvorrichtung
zwei Magnetanordnungen, wobei jede Anordnung eine mehrzahl von Magneten umfaßt,
die axial um das Führungsrohr herum angeordnet sind. Die Achsen der Magnete verlaufen
dabei entlang des Führungsrohres; die Anordnungen sind längs entlang des Schwimmers
benachbart zueinander angebracht, wobei gemeinsame Magnetpole einander konfrontiert
sind.
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Bei einer anderen Ausffihrungsform der Erfindung besitzen die Reedschalter
Reeds aus einem Material, das einen hohen Restmagnetismus aufweisen kann (diese
Schalter werden hiernach als selbsthaltende Meedschalter bezeichnet). Die Schwimmermagnetvorrichtungen
erzeuge voreilende und nacheilende Felder entgegengesetzter Richtung und
verschiedener
Stärke, die über das Führungsrohr und die Schalter streichen, während der Schwimmer
steigt und fällt. Wenn das stärkere Feld das voreilende Feld ist, schließt der Schwimmer
den Schalter, an dem er sich vorbeibewegt. Der Restmagnetismus, der im Schalter
induziert wird, hält diesen geschlossen. Wenn die Schwimmerbewegung umkehrt und
das nacheilende Feld nun das schwächere Feld und entgegengesetzt gerichtet ist,
öffnen sich die Kon takte und bleiben offen, wenn dieses Feld am Schalter vorbeistrei
t.
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Zwei Ldsungswerte werden angegeben , wie magnetische Felder entgegengesetzter
Richtung und unterschiedlicher Stärke erzielt werden können.
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Außerdem wird danach eine Anordnung gezeigt, die einen selbsthaltenden
Reedschalter verwendet, bei dem die Schwimmermagnetvorrich tung der zuerst beschriebenen
ahnelt, d.h., voreilende und nacheilende Felder gleicher Stärke, aber entgegengesetzter
Richtung erzeugt.
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Außerdem wird eine neuartige Anordnung zum Aufhängen und Einkapsel
der Reedschalter beschrieben, mit der eine leichte Einstellung der Abfühlpunkte
für das Flüssigkeitsniveau möglich ist.
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Der hier beschriebene Flüssigkeits-Niveaufühler weist eine ganze Anzahl
von Vorteilen auf: 1. Der Sensor verwendet nur einen Schwimmer, mit dem jede beliebt
e
Schalterzahl betrieben wird, anstelle von einem Schwimmer pro
Schalter.
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2. Der Sensor verwendet nur einen Schwimmeranschlag; dieser ist am
unteren Ende des Rohres angeordnet.
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3. Da die Schalterbetätigung nicht vom Anbringungsort der Schwim meranschläge
abhängt, können die Betriebsniveaus leicht eingestel t werden, indem nur der Anbringungsort
der Schalter im Führungsrohr nach Wunsch nach oben oder unten bewegt wird.
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4. Die senkrechte Entfernung zwischen den Schaltern unterliegt keinen
Einschränkungen, da nur ein Schwimmer zur Betätigung aller Schalter verwendet wird.
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5. Die Schalter können alle normalerweise offen, alle normalerweise
geschlossen, oder in jeder gewUnschten Kombination teilweise normalerweise offen
und teilweise normalerweise geschlossen sein.
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6. Der Sensor kann in jeder Flüssigkeit, leitend oder nicht leitend,
verwendet werden.
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7. Das Führungsrohr kann so klein gemacht werden, daß es nur etwa
1,2 cm Außendurchmesser besitzt, oder so groß, daß der Außen durchmesser fast 5
cm (2 Zoll) beträgt. Der Schwimmer kann einen Außendurchmesser von nur 5 cm und
weniger (2 Zoll) oder von bis
zu 34 cm (14 Zoll) besitzen. Fiihrungsrohre
und Schwimmer mit größe ren und kleineren Abmessunqen sind ebenfalls möglich. Kleine
Schwi -mer sind geeigneter bei sauberen, niedrigviskosen Flassigkeiten; große Schwimmer
eignen sich insbesondere für hochviskose Flüssigkeiten oder dicke Brühen.
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Der Sensor ist sowohl zum Einsatz unter Druck als auch zum Einsatz
ohne Druck geeignet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit
Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen teilweisen seitlichen
Querschnitt durch einen Tank oder ein anderes Gefäß mit einem Niveaufühler gemäß
der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch das Führungsrohr
und den Schwimmer von Fig. 1, in dem die Teile genauer dargestellt sind; Fig. 2A,2B,2C,2D
schematisch die Magnetfelder, deren Zusammenwirken und Effekt auf einen Reedschalter
nach Fig. 2 beim Steigen und Fallen des Schwimmers am Schalter vorbei; Flug. 3 eine
Ansicht ähnlich der Fig. 2, in der jedoch die Vorspannungsmagnete umgedreht sind,
wodurch sich die entgegengesetzte Schalterwirkung beim selben Weg des Schwimmers
ergibt;
Fig. 3A,3B,3C,3D Ansichten ähnlich den Fig. 2A-2D, die
jedoch die Wirkung auf den Reedschalter von Fig. 3 darstellen; Flug. 4 eine abgewandelte
Ausführungsform des magnetischen Annäherungsschalters und der Schwimmer magnetvorrichtung;
Fig. 4A,4B,4C,4D,4E schematisch die Kraftfelder des Schwimmermagneten und den Effekt
auf den Reedschalter von Fig. 4 beim Anstieg und Absinken des Schwimmer am Schalter
vorbei; Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch eine weitere Ausführungsform des AnnXherungsschalters
im Führungsrohr mit einem Schwimmer, der dem von den Fig. 1-3 ähnlich ist; Fig.
5A,5B,5C,5D die Kraftfelder des Schwimmermagneten und ihren Einfluß auf einen Reedschalter
nach Fig. 5 während sich der Schwimmer am Schalter vorbei nach oben bewegt oder
absinkt; Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch ein Führungsrohr und einen Schwimmer
nach einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung; Fig. 7 einen Teilquerschnitt
durch ein Führungsrohr und einen Schwimmer, wobei eine weitere Ausfilhrungsform
der Erfindung verwirklicht ist; Fig. 8 einen Verschnitt durch ein Führungsrohr und
einen Schwimmer nach einer weiteren Ausführungs form der Erfindung;
Fig.
9 + lo die Seiten- bzw. Vorderansicht einer bevorzugten Aus führungs form, wie der
Annäherungsschalter zum Einsetzen in das Führungsrohr angeschlossen, geschützt und
aufgehängt wird; Fig. 11 eine Aus führungs form der Schwimmermagnetvorris tung,
wobei Teile des Schwimmers der Deutlich keit halber entfernt sind; Fig. 12 einen
Querschnitt gemäß Linie 12-12 von Fig.2.
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In Fig. 1 ist ein eingebauter Flüssigkeits-Niveaufühler dargestellt.
Der Tank oder ein anderes Gefäß 20 besitzt eine obere und eine untere Wand sowie
seitliche Wände 22,24 und 26, innerhalb deren sich eine Flüssigkeit 28 befindet.
Deren Niveau 30 soll abgefühlt werden. Ein Führungsrohr 32 ist senkrecht innerhalb
des Tankes 20 angeordnet, wobei ein freier Schwimmer 34 am Rohr so angebracht ist,
daß er an diesem entlang geführt wird, wenn das Flussigkeitsniveau 30 ansteigt oder
abfällt. Der Auftrieb des Schwimmers 34 ist so gewählt, daß er zu ungefähr 50 %
eingetaucht von der Flüssigkeit getragen wird. Seine nwasserliniefl oder Flüssigkeitslinie
an der Flüssigkeitsoberfläche 30 umgibt den Schwimmer im wesentlichen in der Mitte
zwischen dem oberen und dem unteren Ende.
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Das Führungsrohr kann im Tank auf verschiedene Weise gehalten wo den.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfthrungsforx, die nur
beispiel)iaft
ist, enthält die obere Wand 22 des Tanks eine offnung 36 mit Rohrgewinde, in die
ein Verbindungsansatz 38 mit einem Quersteg 40 eingeschraubt ist. In diesen Quersteg
ist ein Rohrfitting 42 dicht angeschraubt, welches das Fuhrungsrohr 32 in einer
Gleltführung teleskopartig aufnimmt. Das obere Ende des Rohrfittings 42 ist mit
einer inneren Abschrägung versehen. Ein Endring 44 ist mit dem unteren Ende in der
Absohrägung aufgenommen; das andere Ende wird innerhalb der Lippe einer Mutter 46
gehalten, die auf das obere Ende des Rohrfittings aufgeschraubt ist.
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Auf diese Weise wird der Endring gegen das Rohr gedrUckt, wenn die
Mutter angezogen wird, ergreift dabei das FUhrungsrohr und hält dieses im Rohrfitting
fest und dichtet es darin ab.
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Das Fuhrungsrohr 32 sollte aus nicht magnetischem Material bestehen.
Austenitischer Edelstahl ist im allgemeinen geeignet; das Material des FUhrungsrohres
wird jedoch im allgemeinen durch die Flüssigkeit bestimmt, in der das Führungsrohr
angeordnet ist.
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Der Durchmesser des Führungsrohres hängt ebenfalls von der Umgebung
des Sensors ab, sowie von der Länge des Rohres usw. Mit den hiernach erwähnten Ausnahmen
kann das Fuhrungsrohr jeden geeigneten Durchmesser, z.B. zwischen 1,2 cm (1/2 Zoll)
bis zu etva 5 cm (2 Zoll) aufweisen. Bei Anwendungsfällen, in denen eine beträchtliche
senkrechte Abmessung vorliegt, oder bei turbulenter Flüssigkeitsbewegung werden
größere Durchmesser gegentbor kleine ren Durchmessern bevorzugt.
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Die Innenseite des Ftlhrungsrohres ist gegen die Flüssigkeit 28
abgedichtet.
Eine Anordnung, mit der dies erzielt wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Das untere
Ende des Rohres ist durch Verwendung eines Neopren- oder anderen, geeigneten elastomeren
Stopfens 48 abgedichtet. Dieser besitzteinen Halsteil, der teleskopartig in das
untere Ende des Rohres eingreift, sowie einen Flanschabschnitt, der über dem unteren
Ende des Rohres und gegen dieses anliegt. Ein Bolzen 50 o.ä. mit einem Kopf 52 liegt
über dem inne ren Ende des Stopfens; der Schaft verläuft nach unten durch das untere
Ende des Stopfens hinaus und durch eine Scheibe 54 o.ä.
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und istin eine Mutter 56 geschraubt. Dieser Bolzen wird dazu verwendet,
den Stopfen axial zu drücken und dabei radial zu expandie ren. Dadurch werden die
Innenwandfläche des Führungsrohres und die Oberfläche des Bolzens fest berührt;
die Teile werden abgedichtet; der Stopfen wird im Rohr befestigt. Der Abschnitt
58 des Stopfenflansches, der über den Außendurchmesser des FUhrungsrohres hinaus
verläuft, dient als Anschlagsfläche und trägt die Schwimmers Unterkante des / 34,
wenn er bis zum unteren Ende des Roh res absinkt.
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Der Ansatz 38 kann oben durch einen geeigneten Deckel 60 geschlos
sen sein; die Schaltdrähte, die von den im Führungsrohr aufgehäng ten Schaltern
kommen, können durch den Ansatz durch eine seitliche Öffnung 62 ausgeführt werden
und von dort zu den Geräten, die betätigt werden sollen. Dabei kann es sich um visuelle
oder Audioalarmvorrichtungen, um Relais, die Motorstarter oder Solenoidventile betätigen,
handeln. In Fig. 1 sind die verschiedenen Schaltdrähte
von den
Annäherungsschaltern in einem Kabel 64 zusammengeführt, welches zu zwei Pumpen-Kontrollrelais
führt. Diese kontroll een die Pumpenstarter, d.h. die Motorstarter für die Pumpe
1 und ie Pumpe 2, wie in der Zeichnung dargestellt. Die (nicht gezeigten) Pumpen
können mit dem Gefäß oder Tank 20, welcher die Flüssig eit 28 enthält, verbunden
sein; ihre Funktion kann darin bestehen Flüssigkeit aus dem Tank oder in den Tank
zu puppen, je nachdem, b das Flüssigkeitsniveau 30 ansteigt oder fällt. Drei Annäherungs
chalter 66,68,70 sind im Führungsrohr aufgehängt dargestellt.
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Diese Schalter sind typischerweise so angeschlossen, daß die Pumn
nicht laufen, wenn die Kontakte aller Schalter offen sind.
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ei der Ausführungsform von Fig. 1 wird ein Signal erzeugt oder in
Starter zum Anlassen des Pumpenmotors unter Strom gesetzt, um .B. Flüssigkeit aus
dem Tank herauszupumpen, wenn ein Schalter ge chlossen wird. Wenn z.B. Flüssigkeit
in den Tank 20 eintreten ann und die Funktion des Niveaufühlers darin besteht, zu
verhinfern, daß die Hohe des Schalters 70 überschritten wird, werden e Kontakte
von Schalter 68 geschlossen und die Pumpe No. 1 getartet, wenn der Schwimmer den
Schalter 68 erreicht hat. Wenn ie Flüssigkeit weiter ansteigt und der Schwimmer
den Schalter 70 rreicht,sdließt er dessen Kontakte und läßt den Motor No. 2 an.
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ß der vorliegenden Erfindung bleiben die Schalter 66,68 gechlossen,
wenn sich der ansteigende Schwimmer an ihnen vorbei ach oben bewegt. Nun sei angenommen,
daß durch den Betrieb beider Pumpen das Flüssigkeitsniveau innerhalb des Tanks reduziert
wird.
Wenn der Schwimmer absinkt und die Schalter 70,68,66 erreicht, werden deren Kontakte
geöffnet. Beim Absinken des Schwimmers und beim Öffnen der Schalter 70,68 können
die Pumpen weiter im Betrieb bleiben, indem die Relais LH vorgesehen werden, bis
der Schalter 66 geöffnet wird. Daraufhin werden beide Puppen angehalten. In jedem
Fall sind die Annäherungsschalter 66,68,70 normalerweise offene Schalter (sie werden
beim Ansteigen des Schwimmers geschlossen). Wenn der Schwimmer den jeweiligen Schalter
erreicht, schließt er dessen normalerweise offene Kontakte und hält sie geschlossen,
während er selbst Über den Schalter hin aus weiter ansteigt. Diese Kontakte bleiben
in der Schließstellung verriegelt, bis der absteigende Schwimmer den Schalter erreicht
und passiert. Daraufhin werden die Kontakte entriegelt und geöffnet; sie bleiben
offen, bis der Schwimmer wieder ansteigt und sie schließt.
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Der Schwimmer 34 kann aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt
sein. Jeder geeignete Kunststoff oder auch austenitischer Edelstahl kann verwendet
werden. Der Schwimmer sollte hermetisch dicht sein. Ggf. kann er mit einem Schaum
aus geschlossenen Zellen gefüllt werden. Wenn der Schwimmer durchlöchert worden
sollte behält er dadurch trotzdem seinen Auftrieb. Bei der bevorzugten Aunftihrungsfozin
umfaßt der Schwimmer eine Struktur, die y -~ trisch sowohl zur Längs- als auch zur
Querachse ist. Er ist 1 wesentlichen eiförmig und besitzt eine größere axiale als
transversale Abmessung.
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Der Schwimmer weist eine Außenwand 72 auf, die am oberen und unten
ren Rand 74 bzw. 76 an einem mittleren Schwimmerrohr 78 befestigt ist. Das Schwimmerrohr
78 besitzt eine Größe, in der sich eine freie Gleitpassung auf dem Führungsrohr
ergibt. Innerhalb des Schwimmers und am Schwimmerrohr 78 befestigt liegt im wesentlichen
in der Mitte seiner Länge, d.h. radial gegenüber der Flüssigkeitslinie, die Schwimmermagnetvorrichtung
80. Diese Schwimmermagnetvorrichtung kann, wie in den Fig. 2 und 12 gezeigt, eine
Mehrzahl kleiner Stabmagnete 81 umfassen, die um die Achse des FUhrungsrohr herum
angeordnet sind und radial zu dieser verlaufen. Die Achse des Führungsrohres und
des Schwimmerrohres fallen im wesentlichen zusammen. Die Achsen dieser Magnete liegen
außerdem im wesentliche senkrecht zu den Achsen des Schwimmerrohres und des Führungsrohres
d.h. in einer Ebene 98, die senkrecht auf diesen Achsen steht, wie dies in den Fig.
2A-2D dargestellt ist. Aus den Fig. 2 und 12 ist zu entnehmen, daß die Magnetvorrichtung
80 mit den Nordpolen radial nach innen und mit den Südpolen radial nach außen zeigt.
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Die Magnetvorrichtung 8o kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise
kann sie eine Mehrzahl kleiner Stabmagnete 81, wie zuvor erwähnt, umfassen, die
radial angeordnet sind, wobei die Nordpole radial nach innen und die Südpol radial
nach außen zeigt Diese kleinen Stabmagnete 81 können in einem geeigneten Material
83, z.B. in Epoxydharz, Melaminharz, in Urethan usw. eingebettet sein, das die Form
eines Rings besitzt und am Rohr 78 in geeignet ter Weise befestigt ist. Alternativ
hierzu und vorzugsweise umfaßt
die Magnetvorrichtung 80 einen Streifen
aus Gummi-gebundenem Bariumferrit, einem zusammengesetzten Material, das im Handel
erhältlich ist. Dies ist ein flexibler Magnet, der magnetische Teilchen enthält,
deren Pole gleichförmig ausgerichtet sind. Dadurch wird ein Nordpol auf einer Seite
des Streifens und ein Südpol auf der anderen Seite des Streifens erzeugt. Ein StUck
dieses Streifens ist in Fig. 11 bei 82 um das Schwimmerrohr 78 herumgewickelt dargestellt.
Die Enden sind so abgeschnitten, daß ge sich bei 84 aneinanderlegen. Ein geeigneter
Klebstoff kann zum Befestigen des Streifens am Schwimmerrohr verwendet werden. Ggf.
kann ein geeignetes,nicht magnetisches Kontraktionsband (nicht gezeigt) um den Streifen
82 herum befestigt werden, der diesen gegen das Schwimmerrohr andrfjckt und vor
Verschiebungen schützt.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform zeigen also
die Nordpole der Schwimmermagnetvorrichtung radial nach innen, während die Südpole
radial nach außen zeigen. Zusätzlich ist zu erkennen, daß die Magnetvorrichtung
und das FlUssigkeitsniveau im wesentlichen horizontal zusammenfallen, wenn die Magnetvorrichtung
80 in der Mitte der senkrechten Abmessung des Schwimmers angebracht ist und wenn
der Auftrieb des Schwimmers derart ist, daß das Flüssigkeitsniveau 30 sich im wesentlichen
in der Mitte der senkrechten Abmessung des Schwimmers befindet.
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Demzufolge stimmt die Stellung der Magnetvorrichtung 80 recht genau
mit dem Flüssigkeitsniveau Uberein.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform umfasse
die Annäherungsschalter 66,68,70 jeweils einen herkömmlichen Reed schalter mit einer
Glashülle 87 (vgl. Fig. 9). Innerhalb dieser Glashülle sind zwei flexible, magnetische
Reeds oder Kontakte mit geringer magnetischer Remanenz angeordnet. Jeweils ein Reed
geht von jedem Ende der llülle aus; die überlappenden Berührungsflächen der Reeds
liegen im wesentlichen in der Mitte der Längsabmessung der Hülle. Diese Reedschalter
sind im Handel ohne weiteres erhältlich. Sie sind im Führungsrohr so angeordnet,
daß ihre Achsen hierzu longitudinal verlaufen. Wenn ein magnetisches Feld hinreichender
Stärke an die Kontakte gelegt wird, werden die se geschlossen. Wenn das magnetische
Feld entfernt wird, öffnen sich die Kontakte. Die Kontakte sind aufgrund ihrer Baweise
physikalisch unter Federvorspannung; sie sind normalerweise offen und werden geschlossen,
wenn sie einem magnetischen Feld hinreichender Stärke und entsprechender Richtung
ausgesetzt werden.
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Die Reedschalter, die bei der Aus ftlhrungs form von Fig. 1 und 2
verwendet werden, schließen also, wenn sie einem magnetischen Feld ausreichender
Stärke ausgesetzt sind; sie öffnen bei Entfernen dieses Feldes. Demzufolge sind
sie für sich genommen nicht magnetisch selbsthaltend.
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Jedem dieser Reedschalter wurden nun, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt,
kleine Vorspannungs- oder Haltemagnete 86,88,90 zugeordnet.
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Jeder dieser Magnete liegt mit seinen Polen bzw. seiner magnetisch
n
Wachse parallel zur Achse des Reedschalters, d.h. senkrecht.
Diese drei Vorspannungsmagnete können aus jedem geeigneten Matnetmateria hergestellt
sein, werden vorzugsweise jedoch unter Verwendung eine materials gebildet, das dem
oben erwähnten magnetischen Streifen entspricht, jedoch größere Dicke aufweist,
z.B. etwa o,6 cm (1/4 Zoll). Ein kleines StUck dieses Materials kann ausgeschnitten
werden; ein Loch wird durchgedrückt. Dieses kleine Stück wird dann er den nach oben
ragenden Anschluß 92 geschoben. Der Anschluß verläuft also durch das Loch. Xhnliche
kleine Stücke aus diesem an Magnetmaterial kennen'dem nach oben verlaufenden Anschluß
94 und 91 am oberen Ende der Schalter 68 bzw. 70 vorgesehen sein. Jeder Vorspannungsmagnet
besitzt eine solche Größe und ist so positioniert, daß seine Feldstärke nicht allein
ausreicht, die normalerweise dehnen Kontakte des zugeordneten Reedschalters zu schließen.
Er ist jedoch stark genug, die Kontakte geschlossen zu halten, wenn sie einmal geschlossen
worden sind.
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In den Fig. 1,2,3 sind die Vorspannungsmagnete in einer Stellung dargestellt,
die für die wünschenswerteste gehalten wird. Die Vorspannungsmagnete können jedoch
bei Erzielung derselben Resultate auch anders angeordnet werden. Z.B. kann der Vorspannungssagnet
an dem Ende des Schalters angebracht werden, wobei sein Pol radial nach oben zeigt,
oder in der Mitte des Schalters, wobei die Pole nach oben und unten, parallel zur
Achse des Schalters, zeigen.
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Der Einfluß der Vorspannungsmagnete und des Schwin-riagneten auf die
Wirkungsweise der Reedschalter laßt sich am besten an Hand der
Fig.
2A,2B,2C,2D verstehen. In diesen Fig. sind die magnetischen Felder der Magnete schematisch
als gestrichelte Linien dargestellt.
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In Fig. 2A ist angenommen, daß der Schwimmer steigt; sein Magnet 80
erzeugt ein voreilendes Feld 83, das sich nach oben erstreckt, und ein nacheilendes
Feld 85, das nach unten verläuft. In dem Gebiet, in dem diese Felder den Reedschalter
68 Uberstreichen, verlaufen sie in entgegengesetzter Richtung. Die Polarität des
voreilenden Feldes von Fig. 2A führt dazu, daß der Reedkontakt loo einen Nordpol
an der Berührungsfläche besitzt. Gleichzeitig besitzt der Reedkontakt 102 einen
Nordpol an seiner Berührungsfläche infolge der Polarität des Vorspannungsmagneten
88. Bei gleichen Polaritäten an den Berührungsflächen der Reedkontakte loo und lo2
werden diese voneinander abgestoßen und bleiben offen, wenn sich der Schwimmermagnet
80 dem Reedschalter nähert.
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Wenn der Schwimmermagnet jedoch radial den Berührungs flächen der
Kontakte 100,102 gegenüberliegt, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist, werden die Kontakte
geschlossen. Dies beruht auf dem nacheilenden Feld 85 des Schwlmmermagneten, das
eine Richtung besitzt, in der die Polarität des Vorspannungsmagneten ergänzt oder
vermehrt wird.
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Dadurch wird eine Nord-SUd-Polaritat an den Kontakten erzeugt, die
geschlossen werden. Wenn sich der Schwimmer weiter anhebt und die Magsitvorrlchtung
80 über die in Fig. 2B dargestellte Position hlnausfthrt, hält das Magnetfeld des
Vorspann ungsmagneten weite rot die Reedkontakte in der Schließstellung, die in
der Fig. 2B und auch in Fig. 2C gezeigt ist.
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In Fig. X sinkt der Schwimmer ab. Nun ist das voreilende Feld, das
Feld 85 unterhalb des Schwimmermagneten; das nacheilende Feld 83 befindet sich oberhalb
von diesem. Wenn das voreilende Feld den Reedschalter erreicht, verstärkt es zunächst
die Polarität des Vorspannungsmagneten am Reedschalter, wobei die Kontakte geschlossen
gehalten werden. Dies ist in Fig. 2C gezeigt. Wenn jedoch der Schwimmer etwas weiter
abgesunken ist, erzeugt sein nacheilendes Feld, welches nach oben gerichtet ist,
einen Nordpol am Reedkontakt loo. Dieser wird daher von dem Nordpol am Reedkontakt
102 abgestoßen, der vom Vorspannungsmagneten 88 herrührt.
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Der Schalter öffnet sich und bleibt offen, während der Schwimmer unter
den Schalter absinkt.
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Es ist also aus den Fig. 2A, 2B, 2C und 2D zu erkennen, daß durch
das nacheilende und das voreilende Feld entgegengesetzter Richtung im Ffihrungsrohr
oberhalb und unterhalb der Querachse des Schwimmer und durch den Vormagnet, der
dem Reedschalter zugeordnet ist und so stark ist, daß er die Kontakte geschlossen
hält, nicht jedoch stark genug ist, diese zu schließen (wobei die Stärke des Schwimmermagneten
und des Vorspannungsmagneten zum Schließen der Kontakt ausreicht)l die Annäherungsschalter
im Führungsrohr als selbsthaltende Reedschalter funktionieren.
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Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß jeder Schalter chließt, wenn
sich der Schwimmer an diesem nach oben vorbeibewegt, und jeder Schalter öffnet,
wenn sich der Schwimmer an diesem nach unten
vorbeibewegt. Der
Schalter wird unabhängig von der Entfernung, um die sich der Schwimmer über den
Schalter hinausbewegt, geschlossen gehalten. Entsprechende Pole der Vorspannungsmagnete
in den Fig.
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1-3 zeigen in derselben Richtung längs zum FUhrungsrohr; die nach
unten zeigenden Pole der Vorspannungsmagnete entsprechen der Pok rität nach den
nach innen radial zeigenden Polen des Schwimmermagneten. Dadurch werden Schalter
erzeugt, die normalerweise offen sind, wenn sich der Schwimmer unten am Führungsrohr
befindet, und die schließen, wenn der Schwimmer steigt.
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In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1,2 gezeigt.
Hier ist die Polarität der Vorspannungsmagnete gegenüber der in Fig. 1 und 2 gezeigten
umgekehrt. Entsprechende Bezugszeichen wurden innig. 3 zur Kennzeichnung entsprechender
Teile verwendet. Die Vorspannungsmagnete 86',88',9o' besitzen nach oben zeigende
Nordpole und nach unten zeigende Stidpole. Dies führt dazu, daß die Annäherungsschalter
nicht mehr normalerweise offen sind, sondern normalerweise geschlossen sind. Der
Schalter 66', der normalerweise geschlossen ist, wird also geöffnet und bleibt offen,
wenn der Schwimmer ihn erreicht und an ihn nach oben vorbeiluft. Der Schalter 68'
ist in seiner normalerweise gesdblossonnen Stellung dargestellt, kurz bevor er geöffnet
wird. Der Schalter 70' ist in seiner normalerweise geschlossenen Stellung argestellt.
Mit anderen Worten bleibt der Schalter so lange geschlossen, folie der Schwimmermagnet
unterhalb des Schalters ist.
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Der Schalter öffnet und bleibt so lange offen, wie der Schvirmagnet
oberhalb
des Schalters ist. Die Schalterfunktion kann auch dadurch umgekehrt werden, daß
die Pole des Schwimmermagneten umgedreht werden. Mit anderen Worten, die Schalter
nach Fig. 2 erhalten als Normalstellung die Schließstellung, wenn der Schwimmermagnet
mit den Südpolen radial nach innen und den Nordpolen radial nach außen zeigt.
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Ein wesentlicher Vorteil, der sich aus der in den Fig. 1-3 gezeigten
Baweise ergibt, besteht darin, daß die Reedschalter in einem Führungsrohr sich in
verschiedenen Betriebsarten befinden können. D.h., einige Schalter können normalerweise
offen sein, wie in Fig. 2, und einige können normalerweise geschlossen sein, wie
in Fig. 3. Die Betriebsart wird einfach dadurch erhalten, daß die Polorientierung
des zum jeweiligen Schalter gehörenden Vorspannungsmagneten geeignet gewählt wird.
Ein weiterer Vorteil der Aus führungs form nach den Fig. 1 - 3 besteht darin, daß
der Schwimmer auf dem Führungsrohr mit beiden Enden nach oben angebracht werden
kann, da das magnetische Feld, welches von den Schwimmermagneten erzeugt wird, symmetrisch
ist.
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Die Fig. 3A,3B,3C,3D illustrieren die Funktion des normalerweise geschlossenen
Reedschalters von Fig. 3, während der Schwimmer und seine zugehörige Magnetvorrichtung
sich dem Schalter nähert und diesen passiert. Die Fig. 3A,3B zeigen den Schwimmer
beim Ansteigen, wogegen die Fig. 3C und 3D den fallenden Schwimmer darstellen. In
Fig. 3A verstärkt das voreilende Feld des Schwimmermagneten
das
Feld des Vorspannungsmagneten; die Kontakte loo' und 102' bleiben geschlossen. tqenn
der Schwimmermagnet eine Stel lung erreicht, die im wesentlichen in der Mitte der
L5ngsabmessung des Reedschalters liegt, kehrt sich die Polarität am Kontakt loo'
um. Sie entspricht nun der Polarität von 102'; die Kon -takte öffnen sich. Nachdem
sie einmal offen sind, reicht die Stark ke des Vorspann ungsmagnetfel des nicht
allein aus, die Kontakte zu schließen. Sie bleiben offen, wenn sich der Schwimmermagnet
über den Schalter hinaus bewegt. In Fig. 3C ist der Schwimmer bei der Abwärtsbewegung
dargestellt. Das voreilende Feld, welches beim Ansteigen des Schwimmers das nacheilende
Feld war, haLt wie zuvor die Kontakte im offenen Zustand, bis der Schwimmermagnet
einen Punkt erreicht hat, der ungefähr in der Mitte der Längsabmessung des Reedschalters
anliegt. Nun ist die Polarität des unteren Kontaktes loo' der Polarität des oberen
Kontaktes 102 entgegengesetzt; die Kontakte schließen, wobei die Feldkraft im wesentlichen
so sind, wie dies in Fig. 3D dargestellt ist.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 oder der in Fig. 3 dargestellten Bauweise
kann der Vorspannungsmagnet 88 oder 88' entweder oberhalb oder unterhalb des zugehörigen
Schalters angeordnet sein.
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In beiden Fällen wird die Funktion des Schalters durch die Rlchtung
bestlmmt, in der Nord- und Sfidpole zeigen (nach oben oder unten). Unter der Annahme,
daß die Nordpole der Schwimmermagnete radial nach innen zeigen, führt ein Vorspannungsmagnet
mit ein nach unten zeigenden Nordpol dazu, daß der Schalter geschlossen
ist,
wenn sich der Schwimmer oberhalb des Schalters befindet.
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Der Schalter ist geöffnet, wenn sich der Schwimmer unterhalb des Schalters
befindet. Wenn der Nordpol des Vorspannungsmagneten nach oben zeigt, ist die Funktion
des Schalters umgekehrt.
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Ein wie oben beschrieben gebauter Fühler besitzt ein gutes rSumliches
Auflösungsvermögen, d.h., kleine senkrechte Bewegungen des Schwimmers schließen
oder öffnen den Schalter. In-dem also die Schalter im Führungsrohr genau positioniert
werden, wird ein Sensor mit hoher Genauigkeit erhalten.
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Die Fig. 4 und 4A-4E zeigen eine etwas andere Form des Reedschalters
mit einer anderen Kombination von Schwimmermagneten, womit eine Selbsthaltefunktion
erzeugt wird. Bei dieser Anordnung besitzt jeder Reedschalter Kontakte, die aus
einem Material mit hohem Restmagnetismus hergestellt sind. Solche Reedschalter,
die hiernach als selbsthaltende Reedschalter bezeichnet werden, sind in jüngster
Zeit auf dem Markt erhältlich. Dieser Reedschalter kann in der Schließstellung durch
ein starkes Magnetfeld verriegelt werden; er wird durch ein schwächeres Magnetfeld
entgegengesetzter Polarität entriegelt und geöffnet. In Fig. 4 sind drei dieser
Schalter 89,91 und 93 im Führungsrohr angeordnet dargestellt. Der Schwimmermagnet
ist so eingerichtet, daß er zwei Felder entgegengesetzter Polarität und unterschiedlicher
Starke liefert, die Ueber das Führungsrohr streichen.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt der Schwimmermagnet eine Mehrzahl
von
Magneten llo, die so angeordnet sind, daß die Nordpole radial nach innen und die
Südpole radial nach außen zeigen. Die Achsen der Magnete befinden sich jedoch in
konischer Konfigurati um das Schwimmerrohr 78' herum. Der Winkel der konischen Fläche
bezogen auf die senkrechte Achse des Schwimmerrohres liegt vorzugsweise bei ca.
300. Dieser Winkel kann jedoch im Bereich zwischen 15 und 6 ovo liegen. Die Schwimmermagnetvorrichtung
kann durch eine Vielzahl einzelner Stabmagnete gebildet werden, die in der genannten
konischen Anordnung innerhalb eines Ringes aus geeignetem Material eingebettet und
verkapselt sind. Dieser Ring 112 wird danach über das Schwimmerrohr 78 geschoben
und an die sem vor dem endgültigen Zusammenbau des Schwimmers angeklebt.
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Alternativ hierzu können die Stabmagnete im Material 112 als einstückiges
Teil bei der Herstellung des Schwimmers eingebettet werden. Die besondere Herstellungsart
bleibt dem Fachmann überlassen.
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Nach einer weiteren möglichen Bauweise können die Magnete llo gebildet
werden, indem das elastomere magnetische Band 82 konisch anstelle von zy)tdrisch,
wie in Fig. 11 gezeigt, angeordnet wird.
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Dieses wird dann an einen Ring mit konischer Fläche angeheftet.
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In beiden Fellen sollte das magnetische Feld, das von der konisch
in Anordnung der Schwimmermagnete erzeugt wird, dem entsprechen, welches schematisch
in Fig. 4A dargestellt ist. Dort ist der Winkel e ungefähr gleich 300; er stellt
die Neigung der Achse der Magneten gegenüber der Achse des Schwimmerrohres bzw.
des
Führungsrohres dar. Aus Fig. 4A folgt,daß ein starkes Magnetfeld
llo' nach oben gerichtet ist und die Achse des Führungsrohres überstreicht. Diese
Achse ist durch den Buchstaben B gekennzeichnet. Ein schwächeres Magnetfeld 111'
entgegengesetzter Richtung verläuft nach unten und überstreicht die Achse B. Das
stärkere, nach oben gerichtete Feld wird das voreilende Feld, wenn der Schwimmer
steigt, und das nacheilende Feld, wenn der Schwimmer fällt. Es ist das Feld, das
innerhalb des durch die Magneten llo gebildeten Konus existiert.
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Wenn angenommen wird, daß im Betrieb der Schwimmer gerade steigt,
sind die Kontakte 114 und 116, wie in Fig. 4B dargestellt, geschlossen. Das starke
Magnetfeld llo' des Magneten llo hält die Kontakte in der Schließstellung. Wenn
der Schwimmer weiter ansteigt, und den Magneten llo an den Kontakten 114,116 vorbei
führt, neutralisiert das schwächere, nacheilende Feld 111' den Restmagnetismus in
den Kontakten, wodurch die Kontakte aufspringen. Die Kontakte bleiben in diesem
Zustand, während der Schwimmt weiter ansteigt, und schließen nicht, bis er wieder
sinkt, wie in Fig. 4D dargestellt ist. Während der Schwimmer fällt, wird ein Punkt
erreicht, an dem die Schwimmermagneten im wesentlichen radial den Berührungsflächen
gegentiberliegen (Fig. 4E). Hier schließt das starke, nacheilende Feld llo' die
Kontakte; die Kontakte bleiben geschlossen, während der Schwimmer weiter unter den
Reedschalter absinkt.
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Eine umgekehrte Betriebsweise des Reedschalters kann dadurch erhalten
werden, daß der Schwimmer anders herum auf das Führungsrohr aufgebracht wird. Nun
zeigt das stärkere Feld nach unten und das schwächere Feld nach oben. In Fig. 4
besitzen alle Reedschalter dieselbe Betriebsweise. Diese Ausführungsform besitzt
also mit anderen Worten nicht die Fähigkeit, daß einige Schalter normalerweise offen
und andere normalerweise geschlossen sind, wie dies die Ausführungsformen nach den
Fig . 1 - 3 besitzen. Ein Vorteil der Ausführungsftrm der Fig. 4 besteht darin,
daß die Reedschalter vertikal innerhalb des Führungsrohres enger aneinandergebracht
werden können und mehr Kontrollfunktionen bei einer gegebenen Höhe ausgeführt werden
können, da keine Vorspannungsmagnete an den Reedschaltern verwendet werden.
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In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Diese entspricht
insofern weitgehend der Ausführungsform nach Fig. 4, als alle Reedschalter selbsthaltend
sind, d.h., Kontakte besitzen, die aus einem Material mit relativ hohem Restmagnetismus
bestehen. Da diese Schalter denjenigen von Fig. 4 entsprechen, besitzen sie entsprechende
Bezugszeichen. Die Schwimmermagnetvorrichtung der Aus führungs form nach Fig. 6
unterscheidet sich jedoch wesentlich von derjenigen nach Fig. 4. Im Effekt werden
jedoch entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder verschiedener Stärke erzeugt, die
den durch die konische Magnetanordnung von Fig. 4 erzeugten Feldern entsprechen.
Hierzu besitzt eine radial
verlaufende Anordnung 120 von magneten
nach innen zeigende Nordpole und nach außen zeigende Südpole und ist unmittelbar
oberhalb einer radial verlaufenden unordnung von Magneten 122 angebracht, die radial
nach innen zeiqende Südpol und nach außen zeigende Iordpole aufweist. Die rsagnetanorclnung
120 besitzt größere und stärkere Magnete als die Anordnung 122. Demzufolge werden
Felder unterschiedlicher Stärke oberhalb und unterhalb der Magnetanordnung gebildet.
Eine alternative, dabei aber ähnliche Anordnung kann eine Scheibe aus magnetischem
Material, z.B. Schmiedeeisen, anstelle der Magnetanordnung 122 verwenden. Eine solche
.Magnet vorrichtung kann hergestellt werden, indem kleine Stabmagnete, deren Polarität
wie dargestellt angeordnet ist, eingebettet oder eingekapselt werden, oder indem
das gummiartige, magnetische Material verwendet wird, das in Zusammenhang mit den
Ausführungsformen nach Fig. 1 - 3 erwähnt wurde.
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Wenn das stärkere Magnetfeld nach oben zeigt und das untere Magnetfeld
entgegengesetzter Richtung nach unten verläuft, ist der Effekt auf die Reedschalter
ähnlich demjenigen, der anhand der Fig. 4B-4E erläutert wurde. D.h., die Reedschalter
sind normalerweise geschlossen und werden geöffnet und bleiben offen, wenn der Schwimmer
ansteigt; sie werden geschlossen und bleiben geschlossen, wenn der Schwimmer abfällt.
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In Fig. 5 ist eine weitere Aus führungs form der Erfindung gezeigt.
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Auch sie verwendet selbsthaltende Reedschalter derart, die in
den
Fig. 4 und 6 gezeigt sind, und einen Schwimmer derart, wie er in den Fig. 1 - 3
gezeigt ist. Damit eine Funktions-fAhige Anordnung bei der Aus führungs form nach
Fig. 5 unter Verwendung derartiger selbsthaltender Reedschalter und einer derartigen
Schwimmermagnetvorrichtung erhalten wird, ist jeder Reedschalter an einem Ende mit
einer magnetischen Abschirmung 136 mit geringem Restmagnetismus versehen. Dies ist
in den Fig. 5A-5D dargestellt. Die Abschirmung ist zylindrisch und paßt zur Außenfläche
der Reedschalterunhüllung; sie erstreckt sich über ungefä r 40 % der Längsabmessung
der Hülle , etwa so, wie in den Fig. 5A-5D gezeigt. Im Ergebnis wird der Schalter
geöffnet und bleibt offen, wenn sich der Schwimmer über den Schalter in der Richtung
bewegt, in welcher der Schwimmermagnet zuletzt über das abgeschirmte Ende geführt
wird.
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In den Fig. SA-5D bedeckt die magnetische Abschirmung das untere Ende
des Schalters. Wenn der Schwimmermagnet 80 geringfngig ober halb der Mitte des Reedschalters
ist, wie in Fig. 5A gezeigt, werden die Schalterkontakte stark durch das voreilende
Feld 140 beeinflußt und geschlossen gehalten. Wenn der Schwimmer auf die Höhe des
Mittelpunktes der Kontakte absinkt, wie in Fig. SB gezeigt, wird der obere Reedkontakt
116 durch das nacheilende Feld 142 beeinflußt. Dieses bildet einen Südpol im oberen
Reedkontakt aus. Das voreilende Feld 140 erzeugt einen Südpol im unteren Reedkontakt
114, so daß die Kontakte einander abstoßen und den Schalter öffnen. Dieser Zustand
ist in Fig. 5B dargestellt.
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Wenn der Schwimmer weiter abfällt, wird der untere Reedkontakt 114
gegen das nacheilende Feld 142 abgeschirmt, so daß der Schalter offen bleibt, wie
in Fig. 5C gezeigt, obwohl der Schwimmer weiter wesentlich unter den Schalter und
darüber hinaus absinkt. Die Kontakte bleiben offen, bis der Schwimmer so anstei
daß das Feld 140, zu diesem Zeitpunkt das nacheilende Feld, die Kontakte beeinflussen
kann und eine Nord-Süd-Polarität an diesen erzeugt, wodurch sie geschlossen werden
(vgl. Fig. 5D). Um bei dieser Ausführungsform eine umgekehrte Funktion des Schalters
zu erhalten, wird die Abschirmung 136 statt am unteren Ende des Reedschalters am
oberen Ende angebracht.
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Ein Vorteil der in den Fig. 5,5A-5D dargestellten AusfUhrungsform
besteht darin, daß der Schwimmer auf dem Führungsrohr mit beiden Enden nach oben
angebracht werden kann und daß die Reedschalter innerhalb des Führungsrohres verschiedene
Betriebsarten aufweisen können. D.h., einige Schalter können normalerweise offen
und die anderen normalerweise geschlossen sein. Zusätzlich ist es möglich, die Reedschalter
näher aneinander anzuordnen, da kein Vorspannungsmagnet verwendet wird.
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In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Hier erzeugt
die Schwimmermagne tvorrichtung einander entgegengesetzte Felder, die im Fünrungsrohr
32 nach oben und unten verlaufen.
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Dabei wird ein voreilendes und ein nacheilendes Feld entgegengesetzter
Richtung erzeugt. Anstelle nun die Magnete so anzuordnen,
daß übereinstimmende
Pole radial nach innen und die entgegengesetzten Pole radial nach außen zeigen,
sind die Pole so angeordnet, daß sie parallel zur Achse des Fijhrungsrohres ausgerichtet
sind Wie dargestellt, werden kleine Stabmagnete 85 um die Achse des Schwimmerrohres
in einer ersten Anordnung herumgelegt. Vier solche Magnete können in gleichen Winkelstellungen
vorgesehen sein.
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Ihre Nordpole können nach unten zeigen. Unterhalb und in der Nähe
von diesen befindet sich eine zweite Anordnung aus vier weiteren kleinen Magneten
87 gleicher Größe, deren Nordpole nach oben zeigen. Wie durch die Flußlinien in
Fig. 7 dargestellt, erzeugt diese Anordnung einander entgegengesetzt gerichtete
Kraftfelder innerhalb des Führungsrohres, welche die Reedschalter überstreichen.
Bei der Art und Anordnung der Reedschalter von Fig. 2 führt dies zur selben Wirkungsweise,
wie sie für die Fig. 2 beschrieben wurde. Indem die Magnete 87 der unteren Anordnung
kleiner gemacht werden, z.B. halb so groß wie die Magnete 85, wird ein weniger intensives,
nach unten gerichtetes Feld erzeugt. Wenn dieses mit den selbsthaltenden Reedschaltern,
die in der Ausführungsform von Fig. 4 gezeigt sind, kombiniert wird, werden diese
Schalter ähnlich wie bei der Anordnung in Fig. 4 betrieben.
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In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Hier ist die Bauweise ähnlich derjenigen von Fig. 1 und 2
mit den
folgenden Ausnahmen: Der Schwimmer 34' besitzt ein Schwimmerrohr 78, das aus magnetischem
rlaterial hergestellt ist u d wenig oder keinen Restmagnetismus besitzt. Dieses
magnetische Schwimmerrohr dient als Feldleiter für das Magnetfeld, das von den jeweiligen
Vorspannungsmagneten 88 erzeugt wird. Die Wirkungsweise ist derart, daß der Schwimmer
beim Ansteigen die Schalterkontakte öffnet, wenn die untere, nachfolgende Kante
des Schwimmers am Schalter vorbeiläuft. Dies geschieht, wenn der Schwimmer steigt.
Wenn nämlich die untere Kante des Rohres 78' gerade den senkrechten Mittelpunkt
der Reed-Kontakte freigibt, reduziert das Rohr den Magnetfluß durch den unteren
Reed-Kontakt in einer Weise, daß die magnetische Anziehung zwischen den Reedkontakten
nicht die physikalische Öfnungsneigung überspielt. Die Kontakte öffnen daher. Wenn
andererseits der Schwimmer fällt, verstärkt der leitende magnetische Effekt des
Rohres 78' den rlagnetfluß an den Kontakten so, daß sie schließen. Dies geschieht,
obwohl der Vorspannungsmagnet nicht so stark ist, daß er ohne Anwesenheit des magnetischen
Rohres 78' die Kontakte schließen kann. Das Umdrehen der Vorspannungsmagnete, so
daß die Pole in entgegengesetzter Richtung zeigen, verändert die Betriebsweise nicht.
D.h., die Schalter besitzen nun nicht anstelle einer normalen Offenstellung eine
normale Schließstellung. Dagegen führt das Umlegen des Vorspannungsmagneten an das
entgegengesetzte Ende des Reedschalters zu einer Umkehr der Betriebsweise, d.h.
ein Schalter mit normaler Offenlage wird z.B.
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in einen Schalter mit normaler Schließlage umgewandelt.
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In den Fig. 9 und lo ist eine Unteranordnung für den Reedschalter
dargestellt, mit welcher er im Führungsrohr aufgehängt wird. Es hat sich herausgestellt,
daß die Reedschalter im Führungsrohr zweckmäßigerweise durch die Zuleitungen selbst
gehalten werden.
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Ein gemeinsamer Leiter 200, der ohne Isolation sein kann, verläuft
durch das Führungsrohr an jedem Schalter vorbei, wie in Fig. 1 gezeigt. Jeder Reedschalter,
z.B. auch der Reedschalter 68 in Fig. 9, besitzt einen Vorspannungsmagneten 88,
der am oberen Anschluß 93 des Schalters angebracht ist. Ein elektrischer Leiter
in Form eines Federanschlußstückes 202 ist mit dem Anschluß 93 über ein Verbindungsstiick
204 verbunden. Das Anschlußstück 202 ist aus nicht isoliertem Federdraht hergestellt;
sein oberes Ende ist zu zwei Schleifen 206,208 aufgewickelt, die über gegenüberliegende
Seiten des Leiters 200 geschoben werden können, von diesem auseinandergehalten werden
und dabei den Leiter festhalten. Da der Draht 202 hlank ist, ergeben die Schleifen
einen elektrischen Kontakt zum Leiter 200 und dienen gleichzeitig dazu, den Reedschalter
am Leiter 200 aufzuhngen.
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Das untere Ende des Reedschalters weist einen Anschluß 210 auf; ein
Verbindungsstück 212 verbindet den Anschluß mit einem isolierten Leiter 214, der
nach oben entlang dem Reedschalter und durch die Schleifen 206,208 verläuft. Er
ist durch ein Stumpfverbindungsstück 216 mit einem Draht 218 verbunden. Der Reedschalter,
der Vorspannungsmagnet und die Verbindungsstücke 204, 212 befinden sich innerhalb
einer schützenden und isolierenden Hülse aus nicht elektrisch leitendem, nicht magnetischem
Material
220. Diese ist mit einem Einbettharz, z.B. einem Epoxydharz,
gefüllt. Auf diese Weise wird eine Unteranordnung gebildet, die an jeder geeigneten
Stelle am Leiter 200 befestigt werden kann, wodurch der Einbau der Sensoren erleichtert
wird. Die vertikale Einstellung der Reedschalter kann offensichtlich einfach dadurch
geschehen, daß die Greifschleifen 206 und 208 am leitenden Draht nach oben und unten
verschoben werden. Dadurch, daß der Draht 212 durch die Federschleifen verläuft,
ist die Unteranordnung so am Leiter 200 befestigt, daß sie nicht unbeabsichtigt
entfernt wird; auch kann sie hiervon nicht abgeschüttelt oder durch Vibrationen
entfernt werden. Die geschilderte Anordnung wirkt als Verriegelung.
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Der Leiter 200 wird aus dem oberen Ende des Führungsrohres 32 her
ausgeführt. Er kann an dieser Stelle einfach umgelegt werden, wie bei 222 dargestellt.
Hierdurch wird die Kette aus Reedschaltern und Leitern in jeder erwiinschten Höhe
gehalten. Ggf. kann der Leiter 200 mit geeigneten Markierungen versehen sein, welche
die Tiefe der Reedschalter unterhalb des oberen Endes des Führungsrohres anzeigen.
Die Einstellung der Schalterhöhe und damit die Einstellung der Abfühlhöhe kann einfach
dadurch geschehen, daß die Kette aus Schalteranordnungen aus dem Führungsrohr entfernt
wird und daß die Höhe von jedem Schalter neu eingestellt wird.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Vorspannungsmagneten 86,88,90
aus
den Fig. 1 und 2 und die entsprechenden Vorspannungsmagnete anderer nusführungsformen
um bis zu 900 nach oben gedreht werden so können, /daß ihre Achsen radial bezogen
auf den Anschluß des Reedschalters verlaufen. Dennoch arbeitet der Sensor zufriedenstellend.
In diesem Fall ist die Betriebsweise des Schalters ähnlich derjenigen, die oben
beschrieben wurde, wobei der radial nach innen zeigende Pol des Vorspannungsmagneten
dem nach unten zeigenden Pol entspricht. Wenn z.B. im Fall von Fig. 2 der Vorspannungsmagnet
so angeordnet ist, daß sein Nordpol radial nach innen zeigt, anstelle nach unten
zu zeigen, funktioniert der Schalter wie soeben beschrieben. Dies gilt auch für
die anderen Ausführungsformen , welche Vorssannungsmagnete benutzen.
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L e e r s e i t e