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Füllstandsanzeiger
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Die Erfindung betrifft einen Füllstandsanzeiger, der an der Oberseite
eines Behälters angebracht ist, oberhalb des Behälters eine an seinem Gehäuse angeordnete
Anzeigevorrichtung und unterhalb des Behälters einen vertikal beweglichen Schwimmer
aufweist.
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Bekanntlich müssen unter anderem mit ö1 gefüllte Transformatoren laufend
im Hinblick auf ihre befüllung überprüft werden. Dazu verwendet man Füllstandsanzeiger,
die auf der Meßgeberseite einen Schwimmer aufweisen, der an einem Gestänge angebracht
ist und Je nach der Füllhöhe der Füssigkeit das Gestänge durch Ausschwenken dreht.
Bekannt sind Gestänge, die mindestens einmal um 900 gebogen sind, so daß bei veränderlicher
Füllhöhe der Schwimmer um eine Drehachse schwenkt.
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Hierfür ist ein erheblicher Raum für die Schwenkbewegung erforderlich.
Bei den oben beschriebenen mit bl gefüllten Transformatoren besteht ein solcher
freier Raum zum Schwenken des Schwimmers am Gestänge nicht zur Verfügung.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei ölgefüllten Transformatoren
beschränkt, wird aber zur Veranschaulichung an Hand dieses Ausfthrungsbeispieles
erläutert.
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Bekannt sind ölgefüllte Transormatoren, auf deren Oberseite ein vertikal
aufragendes Standrohr befestigt ist, welches oben mit einem Verschlußstopfen hermetisch
abgeschlossen ist. Diese hermetische Abdichtung ist notwendig, um bei Vorgabe eines
leichten Unterdruckes von z.B. 0,25 bar dem Wartungspersonal jederzeit ein Indiz
dafür zu geben, ob der Tranformator inzwischen geöffnet war und daher der Unterdruck
abgebaut worden ist, oder nicht. Obwohl diese ölgefüllten Transformatoren, die meist
außen auch Kühlrippen aufweisen, hermetisch dicht abgeschlossen sind, stellt man
in der Praxis bisweilen ölverluste fest, so daß es notwendig.ist, auch diese hermetisch
abgeschlossenen Transformatoren zu.
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überwachen. Dazu ist schon vorgesehen, ein mittels Schrauben angeflanschtes
Sichtglas, z.B. als Glasrohr oder dergleichen, seitlich am Standrohr anzubringen.
Das aufsteigende öl verschmutzt aber einerseits das Glas oder etwaige durchsichtige
Kunststoffwände, andererseits auch hinterlegte Flächen, die eigentlich dafür vorgesehen
waren, den ölpegel in dem Sichtglas deutlicher hervortreten zu lassen. Diese Art
Füllstandsanzeiger bietet zwar ein gegen Stöße und Beschädigungen recht gzt geschütztes
Sichtglas, sind aber mit Nachteil schlecht ablesbar.
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Man hat daher auch schon die bekannten Füllstandsanzeiger mit Schwimmer
und Gestänge so umgebaut, daß eine Montage im Standrohr möglich war. Dabei wurde
ein Metallgehäuse vorgesehen, an dessen dem Transformatorbehälter zugewandter Seite
ein Einschraubgewinde angebracht war, welches anstelle des
Gewindes
des Verschlußstopfens oben auf das Standrohr angeschraubt werden konnte. Dieses
bekannte Metallgehäüse ist als Hülse ausgebildet und weist einen Durchgang für eine
Kolbenstange auf, an der unterhalb der Behälteroberseite ein Schwimmer und auf der
entgegengesetzten Seite oben eine als Zeiger ausgebildete Markierung oder dergleichen
befestigt waren. Ist das Standrohr bis zur gewünschten Höhe oben mit öl gefüllt,
dann schiebt der Schwimmer die Zeigermarkierung nach oben, und man kann von der
Seite sofort erkennen, wie hoch innen das öl steht. Selbstverständlich muß aber
bei dieser bekannten Ausführung die an dem Kolbenstößel oben, der aus der Behälteroberseite
nach oben herausragt, angebrachte Zeigermarkierung in einem Gehäuse angeordnet sein.
Um ein Sichtfenster vorzusehen, weist der bekannte Füllstandsanzeiger einen Schutz
zylinder aus Glas auf, der auf der dem Behälter zugewandten Seite am Metallgehäuse
abgedichtet ist und seitlich eine Meßskala trägt, neben welcher die Zeigermarkierung
je nach der vom Schwimmer eingestellten Höhe steht.
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Die Nachteile dieses bekannten Füllstandsanzeigers bestehen einerseits
darin, daß im Meßraum, d.h. in dem Glaszylinder, der gleiche, oben beschriebene»Untèrdruck
vorherrscht, daß ferner die Abdichtung des Glas zylinders am Metallgehäuse häufig
nicht hermetisch dicht möglich ist und vor allem ein zerbrechliches, aus Glas bestehendes
Schutzgehäuse zylinderförmig aus der Oberseite heraussteht, das bei Beschädigung
den
innen befindlichen Druck bzw. Unterdruck sofort abbaut.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Füllstandsanzeigers
der eingangs genannten Art, dessen Funktion an einen zylinderförmigen Meßraum angepaßt
ist und dennoch den Verschlußstopfen ersetzen kann, ohne dessen hermetische Abdichtfunktion
zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse
des Füllstandsanzeigers zur hermetisch abdichtenden Befestigung auf dem Behälter
mittig eine durchgehende Wand ausweist, aif deren dem Behälter abgewandten Seite
ein Folgemagnet mit angebrachter Anzeigevorrichtung und der dem Behälter zugewandten
Seite eine an einem Wendelstab befestigte Magnetanordnung vorgesehen sind, der Wendelstab
drehbar am Gehäuse gelagert ist und der Schwimmer zum Gehäuse drehfest und relativ
zum Wendelstab verschiebbar angeordnet ist. Die magnetische Kopplung ist zwar an
sich bekannte jedoch nur bei solchen Meßgeräten, bei denen ein großer Meßraum zur
Verfügung steht, damit das Gestänge, an dessen einem Ende ein Schwimmer und an dessen
anderem Ende ein Magnet angeordnet ist, Platz genug zum Schwenken hat. Erfindungsgemäß
wird hingegen ein Füllstandsanzeiger vorgesehen mit vertikaler Schwimmerbewegung,
der also in dem Standrohr eines hermetisch abgedichteten ölgefüllten Transformators
ohne weiteres anbringbar ist.
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Selbstverständlich ist die Anbringung nicht auf ein Standrohr beschränkt,
sondern geeignet für alle zylinderförmigen Meßräume von oberhalb eines Behälters,
wobei mit Vorteil der neue Füllstandsanzeiger anstelle des Verschlußstopfens eingeschraubt
oder angeflanscht werden kann und durch die Magnetkopplung die Funktion des Verschlußstopfens
nicht verlorengeht. Die im Gehäuse vorgesehenelmittig durchgehende Wand kann aus
Metall bestehen, wenn nur nach der Lehre der Erfindung vorgesehen ist, die Dämpfung
der Magnetfeldlinien so schwach zu halten, daß die magnetische Kopplung zwischen
der am Wendelstab befestigten Magnetanordnung auf der einen Seite zu dem Folgemagnet
auf der anderen Seite dieser durchgehenden Wand gewährleistet bleibt. Die Magnetanordnung
kann aus einem direkt am Wendelstab befestigten zylinderförmigen, im Querschnitt
vieleckigen oder anders geformten Magneten oder aus mehreren über Hebel miteinander
verbundenen Magneten bestehen. Außerhalb des Behälters, in welchem die Füllhöhe
der Flüssigkeit gemessen werden soll, d.h. oberhalb der durchgehenden Gehäusewand,
ist mit dem Folgemagnet eine Anzeigevorrichtung verbunden, während auf der Innenseite,
die hermetisch abgedichtet sein kann und einen Unterdruck aufweisen kann, die angetriebene
Magnetanordnung vorgesehen ist. Der Antrieb erfolgt über den Wendelstab, der am
Gehäuse drehbar gelagert ist und vorzugsweise in der mittigen Längsachse des Füllstandsanzeigers
verläuft, so daß er auch bei Einbau in einem Standrohr in dessen Mittelachse verläuft.
Die Funktion bleibt aber auch dieselbe, wenn er exzentrisch anbeordnet ist.
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Der Schwimmer kann sich gegenüber dem Gehäuse nicht drehen,
ist
aber zu diesem und auch relativ zum Wendelstab verschiebbar. Folglich wird bei einer
Verschiebung des Schwimmers zum Gehäuse hin, d.h. wenn der Flüssigkeitspegel ansteigt,
der Wendelstab in der einen Richtung und umgekehrt bei fallendem Schwimmer in die
andere Richtung gedreht. Damit dreht sich dann die Magnetanordnung und dreht die
Anzeigevorrichtung über dem Folgemagneten.
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Erfindungsgemäß ist also ein Füllstandsanzeiger geschaffen, der anstelle
eines Verschlußstopfens eingesetzt werden kann und dessen Funktion nicht außer Kraft
seit, obwohl dennoch alle Vorteile eines Meßgerätes vorgesehen sind, dessen Erstreckung
und Raumbedarf den speziellen Gegebenheiten angepaßt sind und der vorzugsweise in
einem zylindrischen Meßraum, z.B. dem Standrohr auf der Oberseite eines mit öl gefüllten
Transformators einsetzbar ist.
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Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erflndung St die Anzeigevorrichtung
ein Anzeigezylinder, an dessen dem Gehäuse zugewandten Seite der Folgemagnetsmittels
eines aus der Gehäusewand herausstehenden Lagerzapfens gelagert, vorgesehen ist.
Auf dem Zylinder kann -eine Markierung befestigt werden, die in der Abwicklung z.B.
einen roten Alarmbereich und zur Seite hin eine schräge Linie aufweisen kann, die
verschiedene Farbfelder voneinander trennt. Blickt man durch ein darübergesetztes
Sichtfenster, welches einen Teil des Anzeigezylinders sichtbar macht, hindurch,
so erkennt man bei Drehung des Zylinders z.B..ein Ansteigen des einen Farbfeldes
(z.B.
gelb) bis zum Erreichen eines Endfeldes (z.B.
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grün) zur Anzeige der gewünschten Füllhöhe und zu einem Alarmfeld
am anderen Ende (z.B. rot) zur Anzeige, daß die Füllhöhe mangelhaft ist.
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Der Anzeigezylinder kann auch mit einer Auslöseeinrichtung versehen
sein, die elektrisch einen optischen und/oder akustischen Alarm einschaltet.
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Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn der Folgemagnet
über eine Rutschkupplung drehbar am Anzeigezylinder angeordnet ist. Die Maßnahme
erleichtert das Justieren des Füllstandsanzeigers nach dem Einbau. Hat man nämlich
das Gehäuse z.B. über ein Einschraubgewinde fest im Standrohr verschraubt und das
Behälterinnere mit einem bestimmten Druck versehen und hermetisch gegen die äußere
Atmosphäre abgeschlossen, dann kann man unabhängig von der Drehstellung des Gehäuses
den Anzeigezylinder in diejenige Stellung drehen, die maximale Füllhöhe anzeigt,
wenn der Schwimmer in seiner obersten Position ist.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Schutzgehäuse mit mindestens etem
Sichtfenster, den Anzeigezylinder umgreifend, stufenlos drehbar am Gehäuse angeordnet
ist. Das Schutzgehäuse befindet sich jetzt außerhalb der hermetischen Abdichtung,
so daß bs einer Beschädigung desselben die Belüftung des Behälterinneren nicht mehr
zu befürchten ist. Das Schutzgehäuse hat vorzugsweise die Form einer Kappe mit zylindrischen
Wänden.
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Auf mindestens einer Seite der Zylinderwand des Schutzgehäuses ist
ein rechteckiges Sichtfenster vorgesehen, welches die oben beschriebenen Anzeigeflächen
in der gewünschten Weise sichtbar macht. Damit das Wartungspersonal den Füllstandsanzeiger
auch von gegenüberliegenden Seiten gleichzeitig und ohne Umbau beobachten und ablesen
kann, kann das Sichtfenster auch von einer Seite des Schutzgehäuses zw anderen herübergezogen
sein. Es können auch mehr als zwei um 1800 zueinander versetzte Sichtfenster vorgesehen
sein, je nach der Art der Anzeigevorrichtung, die vom Schutzgehäuse eingeschlossen
wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat erfindungsgemäß der Wendelstab
eine sdbhe Steigung, daß er bei Verschiebung des Schwimmers über den vollen Hub
einmal um 1800 drehbar ist. Diese Maßnahme eignet sich besonders in dem Fall, wenn
ein Sichtfenster streifenförmig von einer Seite zur anderen derart über das Schutzgehäuse
hinübergezogen rist, daß seitlich zwei, um 1800 zueinander versetzte Sichtfenster
gebildet werden. ist nur ein Sichtfenster in der-zylindrischen Seitenwand des Shutzgehäuses,
dann kann die Steigung des Wendelstabes auch so eingerichtet sein, daß der Wendelstab
bei Verschiebung des Schwimmers über den vollen Hub einmal um 3600 drehbar ist.
Die stufenlose Einstellbarkeit des Schutzgehäuses erreicht man ferner mit Vorteil
über einen Federring, der das Schutzgehäuse festklemmt und dennoch seine Drehung
gestattet.
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Erfindungsgemäß kann auch der Schwimmer einen durchgehenden, dem Querschnitt
des Wendelstabes angepaßten Schlitz und mindestens eine Führung-zur Verhinderung
der Schwimmerrotation aufweisen. Dabei ist an verschiedene Ausführungsformen gedacht,
wobei eine Ausführungsform dadurch gekennzeichnet ist, daß die Führung am Schwimmer
aus mindestens einer Axialbohrung zur gleitenden Aufnahme- mindestens eines gehäusefesten
Führungsbügels besteht. Dieser kann auch U-förmig ausgebildet sein, wobei die beiden
freien Enden des'U im Gehäuse befestigt sind und die beiden Schenkel des U in zwei
Axialbohrungen im Schwimmer gleitend auf genommen werden. Da dieser Führungsbügel
am Gehäuse fest ist, wird der Schwimmer gegen Drehung festgehalten, kann-sich aber
in Axialrichtung des Füllstandsanzeigers hin und her bewegen, z.B. von unten nach
oben und umgekehrt, dreht dabei den Wendelstab, die Antriebsmagnetanordnung und
über die Magnetkopplung und den Folgemagneten die Anzeige außen.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist dagegen ebenfalls mit Vorteil
vorgesehen, daß der Schwimmer zur Führung außen mit Führungsteilen versehen ist,
die mit gehäusefesten Führungsflächen in Eingriff stehen. Diese Führungsteile außen
können z.B. Kerben, Nuten, Osen oder auch vieleckige Oberflächen des Schwimmers
sein. Entsprechend angepaßte Führungsflächen sind am Gehäuse angebracht. Handelt
es sich z.B.. um eine entsprechend im Querschnitt vieleckig ausgestaltete Wand,
dann wird diese mit der vieleckigen Oberfläche des Schwimmers in Gleiteingriff stehen.
Handelt es sich um-den U-förmig
gestalteten Bügel, dann kann der
Schwimmer Kerben, Nuten oder oesen aufweisen, die eine Rotation des Schwimmers gegenüber
dem Bügel verhindern. Im Prinzip weist entweder der Schwimmer oder die am Gehäuse
befestigte Fläche Vorsprünge bzw. Ausnehmungen auf, die mit entsprechenden Ausnehmungen
bzw. Vorsprüngen- in Eingriff treten.
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Wenn man erfindungsgemäß einen elektrischen Schaltauslöser vorsieht,
kann die Bewegung des Schwimmers auch zur Erzeugung einer akustischen und/oder optischen
Alarmanzeige verwendet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen: Fig.l schematisch von der Seite eine erste Ausführungsform des Füllstandsanzeigers,
Fig.2 abgebrochen und zur Fig.l seitenverkehrt eine zweite Ausführungsform des Füllstandsanzeigers,
Fig.3 eine Ansicht auf den Füllstandsanzeiger von außen, d.h.
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bei der Darstellung der Fig.l von links, und Fig.4 schematisch und
abgebrochen den inneren Aufbau der Magnetkupplung mit Wendelstab und Anzeigezylinder.
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Der in Fig.l gezeigte Füllstandsanzeiger weist ein Gehäuse 1 mit Einschraubgewinde
2 auf seiner~einen, dem nicht dargestellten Behälter zugeordheten Seite, und gegenüberliegend
ein Schutzgehäuse 3 mit einem Sichtfenster 4 auf. Dieses Gehäuse 1 ist in Fig.l
zwar horizontal liegend dargestellt, wird aber vorzugsweise in einem vertikal angeordneten
Standrohr oben auf einem Tranformator, dessen äußeres Gehäuse im Sinne der Erfindung
mit "Behälter" bezeichnet wird, angebracht. Bei der gedachten vertikalen Anordnung
des Füllstandsanzeigers befindet sich das Gehäuse 1 mit der Anzeigevorrichtung 3,
4 oberhalb des Behälters, d.h. oberhalb der Ebene zwischen Einschraubgewinde 2 und
Gehäuse 1, während unterhalb der Schwimmer 5 mit dem Führungsbügel 6 und Wendelstab
7 vorgesehen sind. Der Führungsbügel 6 ist U-förmig gestaltet, wobei die beiden
Schenkel des U über Halterung 8 am Gehäuse 1 verschraubt, versplintet oder vernietet
sind.
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Der Wendelstab 7 hat eine solche Steigung, daß er bei Verschiebung
des Schwimmers 5 über den vollen Hub einmal um 1800 gedreht wird. Die Drehlagerung
des Wendelstabes 7 befindet sich auf der in Fig.l rechten Seite am Führungsbügel
6, der dort eine Bohrung aufweist, durch welche der Drehzapfen 9 des Wendelstabes
7 hindurchgesteckt wird und nach außen hinausragt. Innen ist noch eine Unterlagscheibe
10 lose aufgelegt, um die axiale Halterung des Wendelstabes 7 zu verbessern.
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Auf der gegenüberliegenden Seite, d.h. bei der Darstellung der Fig.l,
links, ist der Wendelstab mit einer Magnetanordnung befestigt, die aus einem zylindrisch
geformten Magnet 11 besteht. Aus den Figuren 2 und 4 sieht man noch eine gehäusefeste
Platte 12, die am oberen oder inneren Ende des Wendelstabes 7 dessen Drehlagerung
im Gehäuse 1 besorgt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.l weist der Schwimmer 5 einen durchgehenden,
im Querschnitt des Wendelstabes 7 angepaßten Schlitz 13 (Fig.2) und zwei Axialbohrungen
14 zur Aufnahme der zwei Schenkel des Führungsbügels 6 auf.
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Bei der Ausführungsform der Fig.2 ist wiederum der Schlitz 13 sichtbar,
anstelle der Axialbohrungen 14. der Fig.l sind hier aber Kerben 14' außen am Schwimmer
5 vorgesehen, welche die Schenkel des U-förmigen Führungsbügels 6 gleitend aufnehmen.
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Durch diese Ausführungsformen ist es möglich, daß der Schwimmer 5
gegenüber dem Gehäuse und dem gehäusefesten Führungsbügel 6 gegen Rotation gesichert,
allerdings in Axialrichtung des Füllstandsanzeigers verschieblich ist. Wird der
Schwimmer verschoben, d.h. gleitet er längs der Schenkel des Führungsbügels 6 und
längs des Wendelstabes 7, dann dreht er den Wendelstab und dieser den zylindrischen
Magneten 11.
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An Hand der Fig.4 ist die weitere Funktion am besten zu verstehen.
Dort ist die den hermetisch abgedichteten Raum recht
und den zur
Atmosphäre hin mehr oder weniger offenen Raum links trennende durchgehende Wand
15 des Gehäuses 1 gezegt, aus welcher die Lagerzapfen 16 herausragen.
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Der rechte Lagerzapfen 16 ist nicht erforderlich, zumal die gehäusefeste
Lochplatte 12 für die radiale Lagerung des Wendelstabes 7 und damit auch des zylindrischen
Magneten 11 sorgt. Dreht sich dieser, dann dreht sich auch der Folgemagnet 17, der
bei dem hier in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls die Form eines Zylinders
hat. Er ist auf der der durchgehenden Wand 15 hinlzu-cyewandten Seite mit einer
Sackbohrung versehen zur Aufnahme des Lagerzapfens 16.
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Hier ist der Lagerzapfen notwendig, weil die Halterung des allgemein
mit 18 bezeichneten Anzeigezylinders nur über den Lagerzapfen 16 und die Anziehungskraft
zwischen dem Magnet 11 und dem Folgemagnet 17 gegeben ist. Der Folgemagnet 17 weist
auf der der Sackbohrung und dem Lagerzapfen 16.gegenüberliegenden Seite einen Stift
19 auf, der sich durch das untere: Ende des Anzeigezylinders 18 erstreckt und dort
mittels einer Metallscheibe oder dergleichen vernietet ist. Ein Klemm-oder Federring
20 dient als Rutschkupplung und sorgt dafür, daß man den Anzeigezylinder 18 um die
Achse des Stiftes 19 gegenüber dem Folgemagneten 17 drehen kann. Man erkennt die
gestrichelt schraffierte erste und die mit Punkten bezeichnete zweite Anzeigefläche
21 und 22, die in der Abwicklung einen länglichen Streifen darstellen würde.
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Aus Fig.3 erkennt man die Draufsicht auf den fertigen Füll.-standsanzeiger,
wenn man in Fig.l von links blickt. Das Gehäuse 1 ist mit einer Plombe 23 versehen,
die im unbeschädigten Zustand dem Wartungspersonal anzeigt-, daß der Füllstandsanzeiger
nicht von dem zu wartenden und dem zu überwachenden Behälter abgelöst worden war.
Das Schutzgehäuse 3 kann z.B. aus Kunststoff bestehen und ist über eine nicht gezeqte
Gummidichtung am Gehäuse 1 mittels eines Klemmringes 24 so befestigt, daß das Schutzgehäuse
3 stufenlos gegenüber dem Gehäuse 1 gedreht werden kann. Das Sichtfenster 4 ist
über das Schutzgehäuse 3 hinweg führend von einer Seite zur anderen ausführt, so
daß man oben einen die beiden seitlichen Sichtfenster 4, die sich in der zylindrischen
Wandung des Schutzgehäuses 3 befinden, verbindenden Streifen 25 sieht. Dieser ist
ebenso wie die Sichtfenster durchsichtig, und die darüber und darunter befindlichen
Sektorflächen gemäß Fig.3 z.B. durch Aufbringen schwarzer Farbe undurchsichtig gemacht
sind. Durch den Streifen 25 sieht man von oben in den Anzeigezylinder 18 hinein
und erkennt den vernieteten Stift 19 sowie den Anzeigezylinder 18. Dieser ist bei
der hier gezeigten Ausführungsform hohl und einseitig kegelstupfförmig abgeschlossen,
dort, wo er über den Stift 19 am Folgemagneten 17 befestigt ist.