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Schwimmer für Steuer>orrichtunCen
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwimmer für Steuervorrichtungen,
insbesondere für eine pneumatische Schaltungsanordnung, mit einem Schwimmerkörper,
einem vom Schwimmerkörper betätigbaren Stellglied, das zwischen einer ersten und
einer zweiten t;?irkstellung bewegbar ist.
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Ein Schwimmer im Sinne der Erfindung ist ein von einer Flüssigkeit
getragener Körper, der seine Lageänderung infolge Flüssigkeitsbewegung oder eines
unterschiedlichen Flüssigkeitspegels einer Anzeig,Steuer- oder Regeleinrichtung
mitteilt.
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Schwimmer dienen beispielsweise zur Messung der Füllstandshöhe in
Flüssigkeitsbehaltern. Sie dienen ferner dazu, Ventile und/ oder Schalter zu betätigen
in Abhängigkeit von einer Füllstandshöhe, beispielsweise in Gasabscheidern. In Abhängigkeit
von der abgeschiedenen Gasmenge sinkt der Flüssigkeitspegel im Abscheideraum. Unterschreitet
der Flüssigkeitsstand einen vorgegebenen Minimalwert, wird ein Lüftungsventil bestätigt,
um das angesammelte
Gas im Gasabscheideraum abzuführen. Um eie automatische
Beendigung der Gasabfuhr zu erhalten, wird das Ventil wieder geschlossen, wenn der
Flüssigkeitsstand eine bestimmte Mindesthöhe wieder erreicht hat. Die Flüssigkeitsstände
werden vom Schwimmer erfaßt und beispielsweise in elektrische Stellsignale umgewandeä
zwecks Steuerung des PEntluflhngsventils.
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In vielen Fällen sind elektrische Steuervorrichtungen unerwünscht,
insbesondere bei Einsatz explosiver oder brennbarer Flüssigkeiten. Hierfür sind
pneumatische Steuermittel -vorzuziehen. Während bei Verwendung elektrischer oder
elektronischer Steuerungen es keine besonderen Schwierigkeiten bereitet, größere
Schaltwege zu erzielen, d.h. eine Hysterese im Schaltverhalten derart, daß ein erster
Schalter in einer ersten Stellung betätigt wird, eine Öffnung des Schalters jedoch
erst in einer zweiten Stellung des Schwimmers im Abstand zur ersten Stellung erfolgt.
Um ein solches Schaltverhalten vorzusehen, ist im Stand der Technik die Verwendung
von zwei getrennten Schwimmerkörpern bekannt geworden, beispielsweise im Zusammenhang
mit Gasmeßverhütern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwimmer vorzusehen,
der eine Nacheilung oder Hysterese im Schalt-oder Steuerverhalten ermöglicht.
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Bei einem Schwimmer der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwimmerkörper
aus nicht-magnetischem
«'material einen zu dessen Bewegungsrichtung ausgerichteten, länglichen Permanentmagneten
hält, das Stellglied zumindest teilweise aus magnetischem Material besteht und etwa
parallel zur Bewegungsrichtung des Schwimmerkörpers beweglich geführt ist, und zwei
Anschlagelemente aus magnetischem Material auf entgegengesetzten Seiten des Stellgliedes
angeordnet sind, deren Abstand etwas größer als die Abmessung des Stellgliedes in
dieser Richtung ist.
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In einer ersten Stellung liegt das Stellglied gegenüber einem ersten
Anschlag an, so daß der Luftspalt zwischen diesen beiden Teilen vernachlässigbar
klein ist. Wenn außerdem der Permanentmagnet sich im Bereich dieser beiden Bauteile
befindet, verursacht er eine Anziehungskraft zwischen Anschlagelement und Stellglied.
Entfernt sich nun der Permanentmagnet in Richtung zweitem Anschlag, bleibt das Stellglied
solange gegen den ersten Anschlag gehalten als noch ausreichend magnetische Feldlinien
Stellglied und ersten Anschlag durchsetzen, unabhängig davon, daß bereits auch zweiter
Anschlag und Stellglied von gemeinsamen Feldlinien durchsetzt sind. Der Luftspalt
zwischen zweitem Anschlagelement und dem tellglied ist zu groß, um ausreichend Anziehungskräfte
aufkommen zu lassen. Erst wenn der Permanentmagnet sich soweit relativ zum ersten
Anschlagelement verschoben hat, daß nur noch geringe Anziehungskräfte zwischen ersten
Anschlagelement und Stellglied vorhanden sind, bewegt sich das Stellglied in Richtung
zweites
Anschlagelement, weil mittlerweile die Anziehungskräfte ausreichend groß geworden
sind, um den Luftspalt zu überwinden.
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Die umgekehrte Verzögerung tritt beim Rückweg des Schwimmers ein.
Das Stellglied wird in diesem Falle erst dann vom zweiten Anschlagelement gelöst,
wenn sich der Permanentmagnet mit dem Schwimmer bereits eine erhebliche Strecke
in Richtung zweites Anschlagelement bewegt hat.
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kiit Hilfe der Erfindung läßt sich daher auf einfache Weise mit einem
Schwimmer eine gewünschte Schalthysterese erzeugen, wie sie insbesondere beispielsweise
in der Abscheidekammer eines Gasmeßverhüters erwünscht ist. Eine Entlüftung des
abgeschieaenen Gases soll erst erfolgen, wenn sich eine gewisse Gasmenge angesammelt
hat und den Flüssigkeitsstand um einen bestimmten Betrag abgesenkt hat. Umgekehrt
soll die Entlüftung erst dann beendet sein, wenn sämtliches Gas herausgedrückt ist
und der Flüssigkeitsstand den ursprünglichen Pegel erreicht hat.
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Die konstruktive Verwirklichung der Lehre der Erfindung kann in irgendeiner
geeigneten Art und i':eise erfolgen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht hierzu
vor, daß der Schwimmerkörper von einer rohrförmigen Führung aus nichtmagnetischem
Material geführt ist, die länglichen Anschlagelemente sich in die Führung hinein
erstrecken und das Stellglied in der RWhr=;g gllcer.d be«?£1ich gehalten ist. Die
rohrförmige
Führung für den Schwimmer dient somit gleichzeitig zur
Aufnahme der Anschlagselemente und des Stellgliedes, wobei jedoch vorausgesetzt
werden muß, daß sie selbst aus nichtmagnetisierbarem Material besteht.
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Der erfindungsgemäße Schwimmer ist insbesondere in Verbindung mit
pneumatischen Schaltungsanordnungen vorteilhaft einsetzbar, indem das Stellglied
dazu verwendet wird, Steuerluft zu kontrollieren, indem es etwa als Schieber oder
Ventilglied ausgebildet ist oder derartige Bauteile betätig. In diesem Zusammenhang
sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß das Stellglied ein Ventilglied
ist, das in einer Wirkstellung mit einer Ventilöffnung zusammenvirkt. Wie schon
angedeutet, sind selbstverständlich auch andere Steuermöglichkeiten denkbar, beispielsweise
die Verwendung des Stellgliedes zur Drosselung einer Gasströmung oder dergleichen.
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Bei Verwendung des Stellgliedes als Ventilglied sind wiederum verschiedene
konstruktive Ausführungen möglich. Eine Ausgestaltung der erfindung sieht hierzu
vor, daß das Anschlagelement ein Ventilrohr mit einer Ventilöffnung am unteren Ende
ist, dessen Aunendurckrmesser kleiner als der Innendurchmesser der Führung ist und
sowohl der Innenraum des Ventilrohrs als auch der Innenraum der Führung an einen
Strömungsmittelkreis anschließbar sind. Das Ventilrohr dient gleichzeitig als Anschlagelement
und'als Träger für den
Ventilsitz. Der Raum zwischen Führung und
Ventilrohr kann beispielsweise mit Atmosphäre verbunden sein, wahrend das Ventilrohr
an eine Strömungsquelle angeschlossen ist, derart, daß ein pneumatisches Signal
erzeugt wird abhängig davon, ob das Ventilglied die Ventilöffnung schließt oder
freigibt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
daß der längliche Magnet aus mehreren in Reihe liegenden iIagnetelementen gebildet
ist und zwischen den liagnetelementen Elemente aus magnetischem Material geschaltet
sind. Vor allem bei längeren Verstellwegen, die einen entsprechend langen Magneten
im Schwimmerkörper erfordern, ist nicht erforderlich, alle, einen länglichen Nagneten
bildende Magnetelemente als Permanentmagneten vorzusehen, vielmehr können auch Zwischenstücke
aus magnetischem elaterial eingeschaltet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindung soll nachfolgend an Hand von
Zeichnungen näher beschrieben werden.
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Figuren 1 a und 1 b zeigen einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Schwimmeranordnung in zwei verschiedenen Schwimmerpositionen.
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Figuren 2a.und 2b zeigen ebenfalls einen Schnitt durch die erfindungsgemäße
Schwimmeranordnung mit zwei anderen Schwimmerpositionen.
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Eine rohrförmige Führung 10 mit einer Blindbohrung 11 besitzt am offenen
Ende der Bohrung 11 einen stufenförmigen erweiterten ringförmigen Abschnitt 12,
der in eine jusnehmung eines Deckels 13 einer nicht gezeigten Abscheidekammer für
einen Gasmeßverhüter eingelassen ist. Eine Dichtung 14 dichtet den Durchgang der
Führung 10 durch den Deckel 13 ab. Ein Anschlag 15 ist mittels eines Stiftes 16
mit der Führung 10 verbunden und begrenzt die Bewegung eines Schwimmerkörpers 17
nach unten.
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Der Schwimmerkörper ist ein Zylinderkörper aus Kunststoff und besitzt
eine mittige Bohrung 18, durch die die Führung 10, die ebenfalls vorzugsweise kreisförmig
im Querschnitt ist, hindurchgeführt ist, so daß der Schwimmerkörper 17 zwischen
einer Stellung am unteren Anschlag 15 und einer oberen Stellung an einem Anschlag
19 des Deckels 13 hin und her gleiten kann.
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Im Schwimmerkörper 17 sind in Umfangsabständen Magnetanordnungen 20
eingebettet, die etwa aus zwei Permanentmagneten 21 und 22 und einem mit diesen
in Reihe liegenden Element 23 aus magnetischem Material bestehen.
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In die Blindbohrung 11 ist ein Anschlagelement 24 aus magnetischem
material eingesetzt. Von oben in die Blindbohrung 11 ist ein Ventilrohr 25 Eneingeführt,
dessen Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser der Bohrung 11 ist. Das
Ventilrohr 25 erstreckt sich axial von einem Haltekörper 26, der in einen Flansch
27 des
Deckels 13 einschraubbar ist, den erweiterten Abschnitt
12 der Führung 10 gegen den Deckel 13 andrückt und eine mittige Bohrung 27 aufweist,
die mit dem Innern des Ventilrohrs 25 verbunden ist. Am:unteren Ende des Ventilrohrs
25 ist eine Ventilöffnung 29 vorgesehen.
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Zwischen dem unteren Ende des Ventilrohrs 25 und dem Anschlagelement
24 ist ein Raum freigelassen, in dem sich ein Ventilelement 30 befindet. Das Ventilelement
30 besteht ebenfalls wie das Anschlagelement 24 und das Ventilrohr 20 aus magnetischem
Material. An seiner oberen Stirnseite trägt es eine Ventildichtung 31, die in der
oberen Stellung des Ventilelements mit der Ventilöffnung 29 ikhtendin Eingriff bringbar
ist (siehe Figuren 2a und 2b). Eine Ausnehmung 32 des Abschnitts 12 bildet mit dem
Halteteil 26 eine Ringkammer, die mit dem Ringraum zwischen Führung 10 und Ventilrohr
25 und über eine Bohrung 33 und einen Filter 34 mit Atmosphäre verbunden ist. Die
Bohrung 28 im Halteteil 26 ist an eine nicht gezeigte Strömungsmittelquelle, z.B.
Luftquelle, zu Steuerungszwecken angeschlossen.
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Die dargestellte Schwimmeranordnung kann wie folgt betrieben werden.
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Wie ausgeführt, soll sich der Schwimmerkörper 17 in einer Gasascheidekammer
befinden, durch die Flüssigkeit strömt.
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Dabei wird angenommen, daß zunächst die CSjileidekammer völlig mit
Flüssigkeit gefüllt 'F,w, so daß sich der Schwimmerkörper l7 in der in rig. 2a gezeigten
Position befindet.
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In dieser Stellung wird das Ventilglied 30 gegen das Ventilrohr 25
gehalten und die Ventilöffnung 29 geschlossen, weil die Kraftlinien der Magnetanordnungen
20 im wesentlichen durch diese beiden Bauteile hindurchgehen. Uber eine nicht gezeigte
pneumatische Schaltungsanordnung ist die Bohrung 28 mit Druck beaufschlagt.
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Dieser Druck bleibt im Ventilrohr 25 aufrechterhalten, weil die Ventilöffnung
29 geschlossen ist.
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Infolge fortlaufender Gasabscheidung bildet sich ein Gasvolumen unterhalb
des Deckels 13 und verursacht ein Absinken des Flüssigkeitsstandes und entsprechend
ein Absinken des Sch"immerkörpers 17. Wie man nun anhand von Fig. 2b erkennt, führt
ein Absinken des Schwimmerkörpers in 17 in die Fig. 2b gezeigte Stellung keineswegs
bereits zur Freigabe der Ventilöffnung 29, da die Kraftlinien der Magnetanorinung
20 weiterhin durch Ventilglied 30 und Ventilrohr 25 hindurchgehen, wenn auch bereits
ein Feld-Ihienweg über das Anschlagelement 24 erfolgt. Da jedoch der Luftspalt,
in den Figuren 2a und 2b mit 35 bezeichnet, zwischen Anschlagelement 24 und Ventilglied
30 größer ist als der Luftspalt zwischen Ventilrohr und Ventilglied 30, reichen
die über das Anschlagelement 24 auf das Ventilglied 30 wirkenden Anziehungskräfte
nicht aus, das Ventilglied aus Eeiner oberen Lage zu entfernen.
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Erst wenn der Schwimmerkörper 17 nahezu völlig die untere, in Fig.
ia gezeigte Stellung erreicht hat, überwiegt der
magnetische Krafteinfluß
über das Anschlagelement 24 auf das Ventilglied 30, da nun kaum noch Kraftlinien
über das Ventilrohr 25 auf das Ventilelement 30 wirken.
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Entsprechend fällt das Ventilglied 30 nach unten in die in den Figuren
la und 1 b gezeigte Position. Damit wird die Ventilöffnung 29 freigegeben und der
Druck im Ventilrohr 25 und in der Bohrung 28 baut plötzlich ab, so daß daraus ein
pneumatischer Impuls für die pneumatische Schaltunganordnung erzeugt werden kann.
Das Strömungsmittel, beispielsweise Luft, kann über die Ventilöffnung 29 und den
Ringraum zwischen Ventilrohr 25 und Führung 10, den Ringraum 32 und das Filter 34
zur Atmosphäre entweichen.
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Der ausgelöste pneumatische Impuls kann nun dazu verwendet werden,
das angesammelte Gas über ein Entlüftungsventil entweichen zu lassen.
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Mit fortschreitender Entlüftung steigt der Pegelstand in der Abscheidekmmmer
und trägt den Schwimmerkörper 17 wieder nach oben. Dadurch wird jedoch das Ventilglied
30 nicht sofort mitgenommen, da, wie sich aus Fig. 1b ergibt, das Ventilglied weiterhin
von magnetischen Kräften der Magnetanordnung 20 an Anschlagelement 24 festgehalten
wird. Erst wenn die Magnetanordnung 20 mit dem Schwimmer 17 die in Fig. 2a gezeigte
Lage erreicht hat, reichen die vom Anschlagelement 24 auf das Ventilglied 30 ausgeübten
Magnetkräfte nicht mehr aus, den von oben über das Ventilrohr 25 auf das Ventilglied
30 ausgeübten Magnetkräften zu widerstehen und
das Ventilglied
30 wandert in die in Fig. 2a gezeigte Stellung, um die Ventilöffnung 29 zu verschließen.
Damit kann sich in der Bohrung 28 und im Ventilrohr 25 wiederum ein Druck aufbauen
und e@nen Impuls auslösen zwecks Schließens des LüSungsventils.
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Mit der gezeigten Schwimmeranordnung wld sichergestellt, daß ein Auslösevorgang
in zwei definierten Stellungen des Schwimmerkörpers 17 erfolgt, die einen vorgegebenen
Abstand voneinander haben. Dieser Abstand kann variabel gemacht werden in Abhängigkeit
von der Länge des Ventiglieds und insbesondere der Länge aerNagnetanordnungen.
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L e e r s e i t e