DE2838723B2 - Flüssigkeitsstand-Signalgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein 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 verbundenen 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 Flansch hindurch auf einen Anker, der bei der Bewegung des Schwimmers bewegt wird und einen Schalter betätigt.

Üblicherweise sind dieser Anker und der Schalter in einem auf der Außenseite des Flansches angeordneten Gehäuse untergebracht. Dabei gaben sich in dieser Praxis erhebliche Probleme ergeben.

In dem Behälter, in dem der Flüssigkeitsstand überwacht werden soll, können beim Ablauf chemischer Prozesse starke Temperaturschwankungen auftreten. Die Temperaturen können sich zwischen tief unter dem Gefrierpunkt liegenden Tiefstwerten und relativ hohen Temperaturen ändern z.B. zwischen -196°C und + 180⁰C. 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 auch durch äußere Einflüsse wie Sonneneinstrahlung oder Änderung 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 einem 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, der nachstehend als »Pumpeffekt« bezeichnet wird, ist kumulativ, und bei einer längeren Betriebszeit des Gerätes kann schließlich eine Eisschicht gebildet werden, welche die Funktion des Schalters behinden oder Kurzschlüsse hervorruft.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, sitzt bei einem bekannten Flüssigkeitsstand-Signalgeber

(DE-OS 26 27 253) ein Reed-Schalter in einer an einem Ende geschlossenen Kunststoffhülse. Der Innenraum der Kunststoffhülse ist um das schutzgasgefüllte Gefäß des Reed-Schalters herum mit Vergußmasse vollständig ausgegossen. Ein luftdicht umkleidetes Anschlußkabel 5 mit Anschlüssen für den Reed-Schalter ist in das offene Ende der Kunststoffhülse bis Jicht an das Gefäß des Reed-Schalters und zu der Vergußmasse eingeschoben, wobei der Mantel des Anschlußkabels an der Innenwandung der Kunststoffhülse anliegt. Innerhalb der Vergußmasse sind die Anschlüsse des Anschlußkabels mit den Anschlußkontakten des Reed-Schalters verlötet.

Bei einer solchen Anordnung ist praktisch kein Luftvolumen vorhanden, welches zu dem vorstehend geschilderten »Pumpeffekt« Anlaß geben könnte.

Auch wenn innerhalb der Isolation des Anschlußkabels in den Spalten zwischen Isolation und Draht Luft eingesaugt würde, so könnte diese keine nennenswerten Feuchtigkeitsmengen mit sich führen. Es 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 zu dem Reed-Schalter gelangen kann sondern nur Luft, die ihre Feuchtigkeit schon einmal abgegeben hat.

Bei ungünstiger Auswahl der verwendeten Materialien können durch die unterschiedlicher thermischen Ausdehnungen der Materialien Spannungen am Gefäß des Reed-Schalters auftreten. Hierdurch kann der Schaltpunkt des Reed-Schalters verschoben werden. Es können auch Fehlschaltungen eintreten, die in der chemischen Verfahrenstechnik schwerwiegende Folgen haben können. Durch die Notwendigkeit einer Anpassung der Materialien hinsichtlich ihrer thermischen J5 Ausdehnung über große Temperaturbereiche hinweg ergibt sich eine unerwünschte Beschränkung in der Materialauswahl.

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 ungestört arbeitet und bei welchem darüber hinaus Fehlfunktionen des Reed-Schalters infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung der Materialien vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen erreicht. 5u

Das Gefäß des Reed-Schalters ist somit nicht vollständig von der Vergußmasse umschlossen. Es wird durch zwei gummielastische Scheiben in der Hülse gehalten, so daß zwischen den Scheiben und zwischen Gefäß und Hülse ein mantelförmiger Luftraum gebildet wird. Dieser Luftraum, der allerdings möglichst klein gehalten werden sollte, verhindert eine Beanspruchung des Gefäßes durch unterschiedliche thermische Ausdehnung von Vergußmasse, Hülse und Gefäß.

Es muß nun allerdings dafür gesorgt werden, daß dieser Luftraum nicht wieder zu dem Pumpeffekt Anlaß geben kann. Dabei ist zu beachten, daß die Dichtwirkung der gummiclastischcii Scheiben erfahrungsgemäß nicht ausreicht, um auf die Dauer das Eindringen von Luft in den mantelförmigen Luftraum zu verhindern. f>i>

Es ist daher nicht zulässig, das Anschlußkabel wie bei der DE-OS 26 27 253 bis dicht an das Gefäß des Reed-Schalters heranzuführen und dort mit dessen Anschlußkontakten zu verlöten. Es könnte dann nämlich feuchte Luft durch die Spalte zwischen Isolation und Drähten des Anschlußkabels und an der oberen gummielastischen Scheibe vorbei in den mantelförmigen Luftraum kriechen. Diese Luft würde nicht wie bei der DE-OS 26 27 253 nur in den Spalten hin- und hergepumpt, da bei der Anordnung nach der Erfindung zwischen den Scheiben ein merkliches Luftvolurnen vorhanden ist.

Es sind daher Anschlußdrähte an dem Reed-Schalter vorgesehen, welche in den Raum zwischen Scheibe und offenem Ende der Hülse geführt und dort im Abstand von der Scheibe mit Drähten des Anschlußkabels verlötet sind. Die Lötstellen liegen dabei frei und sind dicht von der Vergußmasse umschlossen. Hierdurch wird eine Sperre für die längs der Spalte des Anschlußkabels eindringende Luft erzeugt. Solche Luft kann praktisch nicht zu der Ummantelung der schalterseitigen Anschiußdrähte und innerhalb oder längs derselben in den Luftraum gelangen.

Auf der anderen Seite des Gefäßes ist dessen Ende mitsamt den Anschlüssen von Silikonkautschuk umgeben. Hierdurch wird sichergestellt, daß diese Anschlüsse nicht beeinträchtigt werden, auch wenn — etwa durch Spalten des Materials — Luft über das Anschlußkabel oder sonstwie in den Luftraum zwischen Gefäß und Hülse gelangt. Eine Kunststoffhülse umschließt dieses umgossene Ende.

Diese Kunststoffhülse stützt gleichzeitig das Gefäß des Reed-Schalters auf einer Seite in axialer Richtung mit einer gewissen Elastizität ab. Das Gefäß ist daher radial und axial elastisch gehalten und keinen schädlichen Spannungen auch bei extremen Temperaturunterschieden unterworfen.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Vereinigung der vorstehend erläuterten Merkmale ein Flüssigkeitsstand-Signalgeber erhalten wird, der auch bei extremen Temperaturschwankungen, wie sie bei chemischen Prozessen auftreten, über lange Zeiten hinweg keine Beeinträchtigung seiner Funktion durch Ansammlung von Feuchtigkeit, Eisbildung od. dgl. zeigt und bei welchem die Funktion auch nicht durch Spannungen beeinträchtigt wird, die infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung der Bauteile auftreten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht von vorn eines Flansches mit einem Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach der Erfindung;

F i g. 2 zeigt eine zugehörige Seitenansicht;

F i g. 3 zeigt abgebrochen einer. Schnitt längs der Linie III-III von Fig.2;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs Linie IV-IV von F i g. 1;

F i g. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Hülse mit dem Reed-Schalter, die in eine Radialbohrung des Flansches eingesetzt ist.

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 doppclarmigen Hebel 16 auf einer Achse 18 schwenkbar gelagert. Der Schwimmer 14 sit/i an dem inneren, dem Flansch 10

abgewandten Ende des doppelarmigen Hebels. Am fliinschscitigcn Ende des Hebels 18 sitzt ein Gegengewicht 19 sowie in einer geeigneten Kapselung 20 ein Magnet. Durch das Gegengewicht 19 ist das Gewicht des .Schwimmers 14 im wesentlichen ausbalanciert. Bei einer Hubbewegung des Schwimmers 14 unter dem Einfluß eines Auftriebs bewegt sich die Kapselung 20 mit dem Magneten dicht vor der Innenfläche des aus einem unmagnetischem Material hergestellten Flansches.

Wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich ist, weist der Flansch 10 eine Radialbohrung 22 auf. die sich über die Mitte des Flansches 10 erstreckt, in diese Radialbohrung ist eine Hülse 24 aus einer Aluminiumlegierung eingeschoben. Der Außendurchmesser der Hülse 24 entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung 22.

Die Hüise 24 ist in F i g. 5 in vergrößertem Maßstab in einem Längsschnitt dargestellt. In der Hülse sitzt ein Reed-Schalter 26 mit einem langgestreckten, schutzgasgefüllten Gefäß 28. Zentral in dem schutzgasgefüllten Gefäß 28 ist eine Zunge 30 aus ferromagnetischem Material angeordnet, die sich in Längsrichtung des Gefäßes 28 erstreckt und an dessen oberem Ende 32 gehaltert ist. Die Zunge 30 ist an diesem oberen Ende 32 des Gefäßes 28 aus diesem herausgeführt und läuft in einen Anschlußdraht 34 aus. Das in Fig. 5 untere Ende der Zunge sitzt zwischen zwei feststehenden Kontakten 36 und 38, von denen einer ebenfalls ferromagnetisch ist. Die beiden Kontakte 36 und 38 sind in dem geschlossenen Ende 40 der Hülse 24 zugewandten, in F i g. 5 unteren Ende 42 des Gefäßes 28 gehaltert und aus dem Gefäß 28 abdichtend herausgeführt. Die Kontakte 36 und 38 laufen außerhalb des Gefäßes 28 in Anschlüssen 44 und 46 aus. an welche Anschiußdrähte 48 bzw. 50 in Form von mil Polytetrafluorethylen umkleideter Litze angelötet sind.

Das dem offenen Ende 52 der Hülse 24 zugewandte äußere Ende 32 des Gefäßes 28 ist in einer an der Innenwandung der Hülse anliegenden gummielastischen Scheibe 54 vorzugsweise aus Silikongummi abdichtend gehaltert. Die Anschlußdrähte 34, 48 und 50 des Reed-Schaliers 26 sind mit Drähten 56, 58, 60 eines Anschlußkabels 62 in dem zwischen der gummielastischen Scheibe 54 und dem offenen Ende 52 der Hülse 24 innerhalb der Hülse gebildeten Raum 64 verlötet. Dieser Raum 64 ist mit einer Vergußmasse 66 von geringerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten vergossen, wobei die Lötstellen 68. 70. 72 von der Vergußmasse dicht umschlossen sind.

Das dem geschlossenen Ende 40 der Hülse 24 zugewandte innere Ende 42 des Gefäßes 28 des Reed-Schalters 26 und die daran vorgesehenen Anschlüsse 44. 46 sind mit Silikon-Kautschuk 74 umgössen. Das mit Silikon-Kautschuk 74 umgossene innere Ende 42 des Gefäßes 28 ist ebenfalls in einer an der Innenwandung der Hülse 24 anliegenden /weiten gurnmielastischen Scheibe 76 aus Silikon-Gummi abdichtend gehaltert. Eine Kunststoffhülse 78 vorzugs- ■'> weise aus Polytetrafluorethylen erstreckt sich zwischen der zweiten gummielastischcn Scheibe 76 und dem geschlossenen Ende 40 der Hülse 24 und umschließt das mit Silikon-Kautschuk 74 umgossene innere Ende 42 des Gefäßes.

κι Die Anschlußdrähte 34. 48 und 50 des Rccd-Schalters 26 sind im Abstand voneinander in einer gummiclasiisehen Scheibe 80 von gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse 24 vermindertem Durchmesser gehaltert, welche zwischen den Lötstellen 68, 70, 72 und dem

ι . Gefäß 28 in dem vergossenen Raum 64 der Hülse 24 angeordnet und von der Vergußmasse 66 allseitig umgössen ist. Ein Paar von Ringnuten 82. 84 ist in der Innenwandung der Hülse 24 im Bereich des vergossenen Raumes 64, und zwar oberhalb der Lötstellen 68. 70, 72

2(i vorgesehen.

Das Anschlußkabel 62 ist luftdicht mit Polytetrafluorethylen ummantelt, wobei sich die Ummantelung bis in die Vergußmasse 66 im Raum 64 hineinerstreckt.

Zwischen den gummielastischen Scheiben 54 und 76

r> wird um das Gefäß 28 herum ein mantelförmiger Luftraum 86 gebildet. Zur Vermeidung des eingangs geschilderten »Pumpeffekts« ist dafür Sorge getragen, daß das Luftvolumen in diesem Luftraum 86 kleiner als 5 Milliliter, vorzugsweise 4 Milliliter, ist.

Ji) Die Hülse 24 wird in der in F i g. 3 und 4 dargestellten Weise in die Radialbohrung 22 des Flansches 10 eingeschoben. In die Bohrung 22 ist weiterhin eine Druckhülse 88 eingesetzt, welche das Anschlußkabel 62 umgibt und mit ihrer Stirnfläche an der Stirnfläche am offenen Ende 52 der Hülse 24 anliegt. Die Druckhülse 88 ist durch einen Gewindering 90, der in ein Gewinde 92 am äußeren Ende der Bohrung 22 eingeschraubt ist, gesichert. Der Gewindering 90 trägt weiterhin eine übliche Zugentlastung 94 für das Anschlußkabel 62.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die radiale Bohrung 22 des Flansches 10 in der Einbaulage mit dem offenen Ende nach unten angeordnet ist und dementsprechend die darin sitzende Hülse 24 so angeordnet ist, daß das Anschlußkabel 62 nach unten weggeführt ist.

^Λί Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Anordnung die Anforderungen im Dauerbetrieb erfüllt werden können, die bei chemischen Prozessen gestellt werden, bei denen in dem Behälter Flüssigkeiten unter hohem Druck mit geringem spezifischen Gewicht, beispielswei-

w se verflüssigte Gase, enthalten sind und sich die Temperaturen in einem extrem großen Bereich ändern, der in der Größenordnung von -200⁰C bis +200⁰C liegen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeiisstand-Signalgeber mit magnetischer Durchführung,

bei welchem durch einen Magneten, der mit einem Schwimmer verbunden ist, ein als Reed-Schalter mit schutzgasgefülltem Gefäß ausgebildeter Schalter betätigbar ist,

bei welchem das Gefäß des Reed-Schalters in einer an einem Ende geschlossenen Hülse sitzt und von einer Vergußmasse umgössen ist und

bei welchem die Anschlüsse des Rced-Schalters mit Drähten eines Anschlußkabels innerhalb der Hülse und der Vergußmasse verlötet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das dem geschlossenen Ende (40) dir Hülse (24) zugewandte innere Ende (42) des Gefäßes (28) des Reed-Schalters (26) und die daran vorgesehenen Anschlüsse (44, 46) mit Silikon-Kautschuk (74) umgössen sind,

(b) das mit Silikon-Kautschuk (74) umgossene innere Ende (42) des Gefäßes (28) in einer an der Innenwandung der Hülse (24) anliegenden gummielastischen Scheibe (76) abdichtend gehaltert ist,

(c) eine Kunststoffhülse (78) sich zwischen dieser gummielastischen Scheibe (76) und dem geschlossenen Ende (40) der Hülse (24) erstreckt und das mit Siiikon-Kautschuk (74) umgossene innere Ende (42) des Gefäßes (28) umschließt,

(d) das dem offenen Ende (52) der Hülse (24) zugewandte äußere Ende (32) des Gefäßes (28) des Reed-Schalters (26) in einer an der Innenwandung der Hülse (24) anliegenden gummielastischen Scheibe (54) abdichtend gehaltert ist,

(e) die Lötstelle zwischen Anschlußdrähten (34,48, 50) des Reed-Schalters (26) und den Drähten (56, 58, 60) des Anschlußkatwls (62) unummantelt in dem zwischen dieser gummielastischen Scheibe (54) und dem offenen Ende (52) der Hülse (24) gebildeten Raum liegt,

(f) nur dieser Raum (64) mit einer Vergußmasse (66) von geringerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten vergossen ist, wobei die freiliegenden Lötstellen (68, 70, 72) von der Vergußmasse (66) dicht umschlossen sind, und

(g) das um das Gefäß (28) herum zwischen den das Gefäß (28) halternden gummielastischen Scheiben (54, 76) innerhalb der Hülse (24) gebildete Luftvolumen (86) kleiner als 5 Milliliter ist.

2. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (34, 48, 50) des Reed-Schalters (26) im Abstand voneinander in einer gummielastischen Scheibe (80) von gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse (24) vermindertem Durchmesser gehaltert sind, welche zwischen den Lötstellen (68, 70, 72) und dem Gefäß (28) in dem vergossenen Raum (64) der Hülse (24) angeordnet und von der Vergußmasse (66) allseitig umgössen ist.

3. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Ringnuten (82, 84) in der Innenwandung der Hülse (24) im Bereich des vergossenen Raumes (64) vorgesehen sind.

4. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gummielasiischc-n Scheiben (54,76,80) aus Silikongummi bestehen.

5. Flüssigkeitsstand-Signalgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an einem Ende (40) geschlossene Hülse (24) aus einer Aluminiumlegierung besteht.