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Einrichtung zum Messen des Füllstandes in Großbehältern
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen des Füllstandes
in Großbehältern, insbesondere in Kraftstofflagertanks, mit einem eine zentrische
Führungsbuchse aufweisenden Schwimmer, der auf einem sich etwa über die gesamte
Füllhöhe des Behälters erstreckenden Rohr verschieblich gelagert ist, und Mitteln
zum Umsetzen der jeweiligen Schwimmerposition in ein elektrisches Anzeigesignal.
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Es sind bereits Einrichtungen dieser Gattung bekannt, bei denen im
Inneren des sich über die Füllhöhe des Behälters erstreckenden Rohr ein veränderlicher
Widerstand angeordnet ist. Dieser besteht aus einem über die Rohrlänge verlaufenden,
frei gespannten Widerstandsdraht und einem diesen abgreifenden Schleifer, der auf
einer konzentrisch im Rohr angeordneten Führungsstange verschieblich gelagert ist.
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Der Schleifer im Innenraum des Rohres ist mit dem auf dem Rohr verschieblich
gelagerten Schwimmer über eine magnetische Kupplung verbunden, derart, daß die Bewegungen
des Schwimmers auf den Schleifer übertragen werden. Die magnetische Kupplung ist
im allgemeinen aus zwei ringförmigen Hartferritmagneten aufgebaut.
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Ein erheblicher Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin,
daß ihre Montage am Behälter recht umständlich und zeitaufwendig ist. So muß bei
der Montage zuerst der Werschlußdeckel des Behälters entfernt werden, wozu eine
Vielzahl von Schrauben zu lösen sind, die gleichmäßig über den Deckelumfang verteilt
sind. Danach muß das den Schwimmer führende Rohr in eine bereits im VerschluEdeckel
vorhandene Gewindeöffnung eingeschraubt werden. Anschließend wird der Schwimmer
auf das Rohr aufgesetzt und das freie Rohrende mit einer Schwimmersicherung versehen.
Dann muß der Verschlußdeckel mit der Meßeinrichtung wieder auf die Behälteröffnung
gesetzt und an dieser mit den vielen Schrauben festgelegt werden. Zum Entfernen
und Aufsetzen des VerschluBdeckels werden wegen dessen beträchtlichem Gewicht zwei
Personen benötigt, was sich weiter ungünstig auf die Montagekosten auswirkt.
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Diese Nschteile-sollen durch die Erfindung überwunden werden.
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Fs ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannte Einrichtung hinsichtlich
ihrer Montierbarkeit zu verbessern. Hierbei sollen die zu ergreifenden Maßnahmen
so gewählt sein, daß sich möglichst geringe Auswirkungen auf die Höhe der Herstellkosten
ergeben.
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Diese Aufgabe wird erfrndungsgemäs dadurch gelöst, daß der Schwimmer
aus einer Anzahl von Schwimmerkörpern besteht, die über den Umfang der Führungsbuchse
verteilt und an dieser angelenkt sind, dergestalt, daß die Schwimmerkörper bei senkrechtem
Rohr und ausgetauchten Schwimmerkörpern mit ihrer Längsachse parallel zur Rohrlängsachse
ausgerichtet sind und bei eingetauchten Schwimmerkörpern in eine Radialposition
klappen.
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Durch diese erfindungsgemäae Ausbildung des Schwimmers wird
die
Montagefähigkeit der Einrichtung beträchtlich verbessert. Bei entsprechender Ausbildung
der Schwimmerkörper besteht nämlich nunmehr die Möglichkeit, das gesamte Rohr mit
der Führungsbuchse und den daran sitzenden Schwimmerkörpern in ihrer eingeklappten
Stellung, wenn sie also mit ihrer Längsachse parallel zur Rohrlängsachse ausgerichtet
sind, durch die Öffnung im Verschlußdeckel des Behälters einführen zu können, ohne
daß der Verschlußdeckel vom Behälter entfernt werden müßte. Es ist demnach nur noch
die UerschluB-kappe von dem im Verschlußdeckel vorhandenen Einführstutzen abzuschrauben
und anschließend die Meßeinrichtung einzuschrauben. Ein besonderer Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß die Einrichtung vollständig zusammengebaut an die Montagestelle
geliefert werden kann. Verschmutzungen des Rohrinnenraums, des darin befindlichen
Schleifers und des Widerstandsdrahtes sowie deren Beschädigung oder gar Zerstörung
beim Transport und beim Einbau der Einrichtung sind damit sicher ausgeschlossen.
Auch ist dadurch ein falsches Aufsetzen des.
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Schwimmers auf das Rohr, wie ee bei der Montage vor Ort vorkommen
kann, nicht mehr möglich. Durch den Einbau der MeB-einrichtung ohne vorherige Zerlegung
derselben vereinfacht sich darüber hinaus auch die Eichung der Einrichtung in nicht
unerheblichem Umfang.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Schwimmerkörper
kreissektorförmig ausgebildet. Hierdurch lassen sich im Vergleich zu anderen Schwimmerkörperausbildungen,
die prinzipiell ebenfalls möglich sind, besonders günstige Auftriebswerte erreichen.
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Ebenfalls zur Erzielung günstiger Auftriebswerte empfiehlt es sich,
die Schwimmerkörper hohl auszubilden, obwohl auch aus Vollmaterial bestehende Schwimmerkörper,
wie beispielsweise Schwimmerkörper aus Kork, geschäumten Kunststoffen
und
dergleichen verwendbar sind. In jedem Fall ist eine grundsätzliche Voraussetzung
für das zu verwendende Schwimmermaterial, daß dieses gegen die im Behälter aufbewahrte
Flüssigkeit resistent ist.
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Zur weiteren Erhöhung der Auftriebskraft der Schwimmerkörper sind
diese gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit einem Gas leichter
Luft gefüllt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß mit höher werdender
Auftriebskraft das Volumen der einzelnen Schwimmerkörper zur Erzielung einer bestimmten,
für die ordnungsgemäße Betätigung des veränderlichen Widerstandes erforderliche
Mindestauftriebskraft verringert werden kann, wodurch die Einbaubarkeit der Einrichtung
in eine vorgesehene Dffnung weiter erleichtert wird.
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Aus dem gleichen Grunde sind gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung die Schwimmerkörper aufblasbar ausgebildet. Während des Einführens
des Rohres in die im VerschluB-deckel des Behälters befindliche öffnung sind die
Schwimmerkörper nicht aufgeblasen und nehmen infolgedessen nur ein vernachlässigbar
kleines Volumen ein, so daß das Führungsrohr für den Schwimmer ohne Schwierigkeiten
auch durch kleinste Öffnungen hindurchgeschoben werden kann. Nach der Montage der
Meßeinrichtung werden dann die einzelnen Schwimmerkörper aufgeblasen und erzeugen
nun die erforderliche Auftriebskraft.
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Ein besonders kleines Bauvolumen läßt sich bei aufblssharen Schwimmerkörpern
dadurch erreichen, daß diese aus einer Ober-und einer Unterseite hergestellt sind,
die im wesentlichen starr ausgebildet und mit einer flexiblen Seitenwanrl miteinander
verbunden sind. Ein solcher Aufbau führt zu einer besonders gering auftragenden
Bauhöhe der einzelnen Schwimmer'<örper. Des weiteren hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, die Seitenwand jedes Schwimmerkörpers mit parallel zu seiner Ober- oder
Unterseite verlaufenden Falte zu versehen und diese aus einen form-
steifen
Material herzustellen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die einzelnen Schwimmerkörper
etwa gleichmäßig mit dem Druckmedium gefüllt werden, und nicht ein Schwimmerkörper
stärker als der andere befüllt wird. Letzteres kann dazu führen, daß die Führungsbuchse
auf dem Rohr verkantet und sich dadurch Meßfehler ergeben. Die Befüllung der einzelnen
Schwimmerkörper erfolgt am gweckmäßigsten dadurch, daß die Schwimmerkörper an eine
das Druckmedium zuführende Leitung angeschlossen sind, die am oberen Ende des Rohres
endet und zum Anschluß einer Druckmediumquelle ausgetildet ist. Als Druckmediumquelle
kann eine Preßluftflasche oder eine Druckgasflasche mit einer üblichen Gasfullung
verwendet werden.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist jeder Schwimmerkörper
über einen Schwenkarm an der Führungsbuchse angelenkt und jeder Schwenkarm so ausgebildet,
daß bei am Rohrende befindlicher Führungsbuchse jeder Schwirnrnerkörper unter das
Rohrende in den durch die Rohrumfangslinie begrenzten Ratnn klappbar ist. Bei einer
solchen Ausführungsform vergrä8ert sich der lichte Außendurchmesser des durch die
Verschlußöffnung einzuführenden Rohr-Schwimmer-Systems lediglich im wesentlichen
um die Dicke der Schwenkarme, die aus Blech ausgestanzt sein können Befindet sich
auf f der Führungsbuchse ein Magnet zur magnetischen Kopplung des Schleifers mit
dem Schwimmersystem, so tritt durch diese Schwenkarme noch nicht einmal eine Vergrößerung
des lichten AuBendurchmessers des Systems auf, da die Abmessungen des Dauermagnets
größer sind.
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Die vorstehende Ausführungsform ist insbesondere auch dann vorteilhaft,
wenn zur Erzielung der gewünschten Auftriebskräfte verhältnismäßig großvolumige
Schwimmerkörper benötigt werden. In einem solchen Fall sind in vorteilhafter Weiterbildung
der Ausführungsform zumindest ein Teil der Schwimmerkörper in ihrer zur Rohrlängsachse
ausgerichteten Lage in Rohrlängsrichtung hintereinander angeordnet.
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Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer
Darstellung Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine
teilgeschnittene Seitenansicht der Einrichtung mit Schwimmer und Führungsrohr, Figur
2 einen Schnitt durch die Einrichtung gemäß Figur 1 entlang der Linie II-II, Figur
3 eine Seitenansicht des unteren Teils des Führungsrohres einer anderen Einrichtung
und Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines kreissektorförmigen,aufblasbaren
Schwimmerkörpers.
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Die Füllstandsmeßeinrichtung nach den Figuren 1 und 2 besteht aus
einem in den VerschluBdeckel 1 eines nicht näher dargestellten Kraftstofflagertanks
einschraubbaren Geber 2 und einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten
Anzeigeinstrument, das über eine elektrische Leitung 3 mit dem Geber verbunden ist.
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An dem Geberkopf 4, der mit einem Gewinde 5 zum Einschrauben in ein
entsprechendes Gewinde im Verschlußdeckel 1 und an seinem oberen Ende mit einer
Knickschutztülle 6 zum knickfreien Herausführen der Leitung 3 aus dem Kopf versehen
ist, trägt ein im Durchmesser kleineres Rohr 7 aus einem para- oder diamagnetischen
Material, das sich etwa über die gesamte Füllhöhe des Behälters erstreckt. Das Rohr
7 ist über seine gesamte Länge sowie an seinem freien Ende verschlossen, so daß
kein Kraftstoff in das Innere 8 des Rohres 7 gelangen kann.
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Im Innenraum 8 des Rohres 7 befindet sich ein Führungsrohr 9
quadratischen
Querschnitts, auf dcm Ein Körper 10 verschieb lich gelagert ist. Auf dem Körper
10 ist ein Magnet 11 aus einem Hartferrit befestigt. Im Innern des Körpers 10 sind
darüber hinaus zwei Schleifer 12 und 13 vorhanden, von denen der eine mit einem
Widerstandsdraht 14 und der andere mit einem elektrisch gut leitenden Draht 15 in
Verbindung stehen.
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Beide Drähte 14 und 15 verlaufen parallel zueinander und zu dem Rohr
9 über nahezu die gesamte Länge des Rohres 7.
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Da die beiden Schleifer 12 und 13 miteinander elektrisch verbunden
sind, stehen beide Drähte 14 und 15 im Bereich des Körpers 10 in elektrisch leitender
Verbindung, so daß mit zunehmender Entfernung des Körpers 10 vom Geberkopf 4 - und
dies entspricht einem abnehmenden Kraftstoffpegel im Behälter - der Widerstand im
Meßstromkreis anwächst.
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Mit dem Körper 10 ist eine Führungsbuchse 16 magnetisch gekuppelt,
die auf der Außenoberfläche des Rohres 7 verschieblich gelagert ist. Die Führungsbuchse
16 kann aus einem para- oder diamagnetischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium,
bestehen, wobei dann auf dieser ein Magnet befestigt ist, der mit dem Magneten 11
korrespondiert, oder aus einem Magnetmaterial hergestellt sein, wie in der vorliegenden
Ausführungsform. Durch die magnetische Kopplung zwischen dem Körper 10 und der Führungsbuchse
16 wird jede Longitudinalbewegung der Führungsbuchse 16 schlupffrei auf die Körper
10 übertragen.
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An der Führungsbuchse 16 sind zwölf Schwimmerkörper 17 angelenkt,
die gleichmäßig über den Umfang der Führungsbuchse 16 verteilt sind. Jeder Schwimmerkörper
17 ist kreissektorförmig ausgebildet und trägt an seinem der Führungsbuchse 16 zugewandten
Ende einen Arm 18 mit einem Lagerauge 19. Jeder Arm 18 ist des weiteren mit einer
Blattfeder 20 versehen, die dazu dient, den Schwimmerkörper 17 in einer Radialstellung,
wie
sie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, zu halten.
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Bei der Montage des Gebers 2 im Verschlußdeckel 1 des Behälters werden
die einzelnen Schwimmerkörper 17 alternierend nach oben und unten an die Rohrwand
geklappt, so daß das Rohr ohne Schwierigkeiten durch die Gewindebohrung im Verschlußdeckel
1 eingeführt werden kann. Das alternierende Umklappen der einzelnen Schwimmerkörper
17 ist deswegen erforderlich, als sonst die einzelnen Schwimmerkürper 17 sich gegenseitig
beim Umklappen behindern würden bzw. die Schwimmerkörper nicht vollständig an die
Wandung des Rohres 7 herangeführt werden könnten. Nach dem Einführen des Rohres
7 mit den Schwimmerkörpern 17 klappen die nach oben stehenden Schwimmerkörper 17
in eine waagrechte Lage, in der sie durch die Feder 20 gehalten werden. Die nach
unten geklappten Schwimmerkörper 17 werden dagegen durch die im Behälter befindliche
Flüssigkeit beim Einschieben des Rohres nach oben verschwenkt. Sobald sie eine waagrechte
Position erreicht haben, werden auch diese Schwimmerkörper 17 durch die Feder 20
gegen ein weiteres Verschwenken gesichert.
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Anstelle der in den Figuren 1 und 2 dargestellten hohlen Schwimmerkörper
17, die mit einem Gas leichter Luft gefüllt sind, können auch Festkörperschwimmer
aus einem geschaumten Material oder Schwimmerkörper 21 verwendet werden, die aufblasbar
ausgebildet sind. Ein solcher aufblasbarer Schwimmerkörper ist in Figur 4 dargestellt.
Er besteht aus einer im wesentlichen starren Oberseite 22 und einer im wesentlichen
starren Unterseite 23, die über eine Seitenwand 24 miteinander verbunden sind, die
mit parallel zueinander und zu der Ober- und Unterseite verlaufenden Falten'25 versehen
ist.
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An der Oberseite 22 des Schwimmerkörpers 21 ist wiederum ein Arm 18
zur Befestigung des Schwimmerkörpers 21 an der Führungsbuchse 16 vorhanden. Der
Anschlußstutzen zur Zuführung des
Gasgemisches oder der Luft, mit
dem der Schwimmerkörper aufgeblasen wird, kann an der Seitenwand, an der Oberseite
oder der Unterseite angebracht sein. In vorliegendem Fall sitzt der Anschlußstutzen
26 auf der Oberseite 22.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind die einzelnen Schwimmerkorper
27 über besondere Schwenkarme 28 so an der Führungsbuchse 16 angelenkt, daß, wenn
sich die Führungsbuchse 16 öm freien Ende des Rohres 7 an dem dortigen Anschlag
29 befindet, die einzelnen Schwimmer 27 unter das Rohrende in den durch die Rohrumfangslinie
begrenzten Raum 30 klappbar sind. Je nach Dimensionierung der einzelnen Schwimmer
27 können diese nebeneinander in den Raum 30 zu liegen kommen oder auch, wie in
Figur 3 dargestellt in Rohrlängsrichtung hintereinander.
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Beim Einführen des Gebers 2 durch die im Verschlußdeckel 1 vorhandene
Öffnung stören die einzelnen Schwimmer 27 in keiner Weise, da sie nicht über den
Durchmesser des Gewindes 5 hinausragen. Sobald der unterste Schwimmer 27 in Berührung
mit dem im Behälter vorhandenen Kraftstoffspiegel gelangt, beginnt er auszuschwenken,
danach schwenkt der über ihm liegende Sr.hwimmerkörper 27 aus und so fort, bis sich
am Ende alle Schwimmerkörper 27 in einer etwa horizontalen Ebene befinden. Auch
hier kann die Verschwenkung der einzelnen Schwimmer durch Anschläge, wie beispielsweise
die in der Ausführungsform gemäß Figur 1 und 2 vorgesehenen Bandfeder 20, begrenzt
werden.
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