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Zur Verwendung in Hochdruck-Flüssigkeitsbehältern sind Niveauschalter
bekannt, bei denen der Auftriebskörper massiv ausgebildet ist. Bei einem bekannten
Niveauschalter ist der Auftriebskörper ein massiver Rundstab, der an einer Zugfeder
hängt, so daß deren Ausfederungszustand davon abhängt, wie weit der Rundstab in
die Flüssigkeit eintaucht. Dieser bekannte Niveauschalter ist von vornherein nur
zum Einbau im Deckel bzw. der Decke des Behälters geeignet; außerdem muß dieser
Niveauschalter sehr genau
justiert werden und selbst dann ist seine
Zuverlässigkeit nicht sehr groß, weil die Feder als empfindliches Teil anzusehen
ist, dessen Kennwerte sich durch Alterung und insbesondere durch Temperaturschwankungen
ändern können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Niveauschalters,
der zum Einsatz in Hochdruckflüssigkeitsbehältern geeignet ist, dessen Einbau durch
eine verhältnismäßig kleine Öffnung in einer Seitenwand des Behälters möglich ist
und dessen Zuverlässigkeit auch durch höchste Drücke und Temperaturen nicht beeinträchtigt
wird.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale. Ein Niveauschalter mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 ist äußerst kompakt, dennoch ansprechempfindlich und dabei aber
robust und bezüglich seiner Ansprechgenauigkeit unempfindlich gegen Druck- und Temperaturschwankungen.
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Eine besonders erfinderische Weiterbildung ist die Ausbildung der
Walzenbaueinheit als einstückiger dickwandiger Behälter gemäß Ansprüchen 3, 6 und
7, weil hier in insbesondere in herstellungstechnischer Hinsicht besonders einfacher
Weise ein Teil der einstückigen Walzenbaueinheit als Auftriebskörper und der andere
als Gegengewichtskörper wirkt.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren
Unteransprüchen, deren Merkmale weiterhin zur kompakten Bauweise und zur optimalen
Raumausnutzung beitragen.
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Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt Fig. 1 die perspektivische Darstellung
eines Flüssigkeitsniveauschalters; F i g. 2a schematsich die rückwärtige Ansicht
einer ersten Ausführungsform der Walzenbaueinheit in der Schwenklage, wenn diese
nicht in die Flüssigkeit eintaucht; F i g. 2b die Walzenbaueinheit gemäß F i g.
2a in der Schwenklage, wenn diese in die Flüssigkeit eintaucht; Fig. 3 eine zweite
Ausbildungsform der Walzenbaueinheit; Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Walzenbaueinheit;
F i g. 5 eine vierte Ausführungsform der Walzenbaueinheit; F i g. 6 eine fünfte
Ausführungsform der Walzenbaueinheit.
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Der Niveauschalter besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 1,
an dessen einem Ende ein Flansch 2 befestigt und an dessen anderem Ende eine Walzenbaueinheit
3 um eine Achse 4 schwenkbar gelagert ist. Der Grundkörper 1 hat eine von den Einbauverhältnissen
abhängige Länge, etwa entsprechend der Wandstärke des Behälters, in den der Niveauschalter
einzubauen ist, und beim Einbau wird dieser mit der Walzenbaueinheit 3- voran in
eine Einbauöffnung des Behälters gesteckt und mittels des Flanschs 2 verschraubt.
In F i g. 1 ist dem Betrachter das innere Ende des Niveauschalters zugewandt, und
die abgewandte Außenfläche des Flanschs bleibt dann zugänglich und enthält eine
Anzeigevorrichtung oder elektrische Anschlüsse zur Abnahme der Schaltsignale.
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Die Walzenbaueinheit hat einen Querschnitt, der zum größeren Teil
durch einen Kreis berandet ist und liegt koaxial zum Grundkörper 1, so daß sich
eine sehr kompakte Bauweise ergibt und eine kleine Behälteröff-
nung zum Einbau genügt,
was bei Hochdruckbehältern von besonderer Bedeutung ist.
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Im Bereich des vom Querschnitt der Walzenbaueinheit 3 freigelassenen
Raums erstreckt sich parallel zur Schwenkachse 4 ein Rohr 5, in dem ein Magnetfühler
6 untergebracht ist. Am Ende des Rohres 5 ist ein Lagerschild 7 mit einem Stützlager
für das freie Ende der Walzenbaueinheit 3 befestigt.
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Die Walzenbaueinheit 3 gemäß F i g. 1 und 2 besteht aus einem im
Querschnitt halbkreisförmigen Auftriebskörper 8 und einem Gegengewichtskörper 9,
dessen Querschnitt einen unvollständigen Halbkreis darstellt, bei dem ein Teil längs
einer Sekante 11 weggeschnitten ist, die parallel zu der in der Mittenlage der Walzenbaueinheit
3 senkrechten Durchmesserlinie 10 verläuft.
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In der Nähe des einen der schmalen Ränder des Gegengewichtskörpers
9 ist ein Magnet 12 eingebaut; in den betrachteten Ausführungsbeispielen ist dies
der obere schmale Rand. Durch die Schwenkung der Walzenbaueinheit 3 nähert bzw.
entfernt sich der Magnet 12 vom Magnetfühler 6, worauf dieser anspricht und entsprechende
Ausgangssignale erzeugt.
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Wenn die Walzenbaueinheit 3 nicht in die Flüssigkeit eintaucht, so
ist das vom Gewicht des Auftriebskörpers 8 erzeugte Moment um die Schwenkachse 4
etwas größer als das Gewichtsmoment des Gegengewichtskörpers 9, so daß die Walzenbaueinheit
die in F i g. 2a gezeigte Schwenklage einnimmt. Bei steigendem Flüssigkeitsspiegel
im Behälter taucht die Walzenbaueinheit mehr und mehr in die Flüssigkeit ein und
bei vollständigem Eintauchen erfährt jeder der Körper 8 und 9 einen Auftrieb, dessen
Moment proportional dem Produkt aus Querschnittsfläche multipliziert mit dem Abstand
des Flächenschwerpunkts von der Schwenkachse ist. In F i g. 2 ist die Lage der Flächenschwerpunkte
der Querschnittsflächen von Auftriebskörper und Gegengewichtskörper durch je ein
-kleines Kreuz angedeutet.
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Der auf den Auftriebskörper 8 wirkende Auftrieb ist größer als der
Auftrieb des Gegengewichtskörpers, so daß das Momentengleichgewicht um die Schwenkachse
4 sich verändert und die Walzenbaueinheit 3 geschwenkt wird, und zwar bei Betrachtung
von F i g. 2 im Uhrzeigersinn. In einer mittleren Lage wird die Durchmesserlinie
10, die die Grenze zwischen den beiden Körpern darstellt, senkrecht verlaufen, und
im voll eingetauchten Zustand wird der Walzenkörper die in F i g. 2b gezeichnete
Endlage einnehmen.
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An sich würde eine einstückige massive Walzenbaueinheit, bei der
also der Auftriebskörper und der Gegengewichtskörper aus dem gleichen Werkstoff
bestehen, in der vorstehend beschriebenen Weise funktionieren, sofern nur der Werkstoff
spezifisch leichter als die Flüssigkeit im Behälter ist. Solche Werkstoffe würden
jedoch den hohen und höchsten Drücken nicht standhalten, für die der vorliegende
Niveauschalter bestimmt ist. Aus diesem Grunde muß bei der massiven Ausbildung beider
Körper gemäß Fig. 1 und 2 der Auftriebskörper aus einem gegenüber dem Gegengewichtskörper
leichteren Werkstoff bestehen, jedoch so, daß das Gewichtsmoment des Auftriebskörpers
um ein weniges größer ist als das kompensierende Gewichtsmoment des Gegengewichtskörpers
und im nicht eingetauchten Zustand die Schwenklage gemäß F i g. 2a eingenommen wird.
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In beiden Endlagen der Walzenbaueinheit 3 wirkt das Rohr 5 des Magnetfühlers
6 als Anschlag. Durch die
Schwenkung nähert sich der Magnet 12 dem
Magnetfühler 6, wodurch dieser anspricht und eine entsprechende Anzeige bewirkt
bzw. ein entsprechendes Signal abgibt, das in einer beliebigen gewünschten Weise
weiterverarbeitet wird.
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Wenn nicht unbedingt massive Körper erforderlich sind, um den im
Behälter auftretenden Drücken standzuhalten, kann die Walzenbaueinheit vorteilhafterweise
einstückig als Hohlkörper gemäß F i g. 3 bis 6 ausgebildet sein. Die hier gezeigten
Querschnittsformen sind ebenfalls sehr widerstandsfähig gegenüber Außendrücken,
weil auf den relativ dünnwandigen gekrümmten Abschnitten keine oder nur geringe
Biegemomente auftreten. Bei diesen Ausbildungen stellt dann der bei Betrachtung
des Querschnitts auf der einen Seite von der in der Mittenlage senkrechten Durchmesserlime
10 gelegene Teil-den Auftriebskörper und der auf der anderen Seite gelegene Teil
den Gegengewichtskörper dar.
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Fig.3 zeigt eine Querschnittsform, die aus einem halben Kreisring
und einem durch parallele Geraden begrenzten Kreissegment besteht, so daß sich ein
halbmondförmiger Hohlraum 15 ergibt. Die Querschnittsform gemäß F i g. 4 hat die
gleiche Außenkontur, jedoch hat der Hohlraum 15 einen exzentrisch liegenden Kreisquerschnitt.
Eine solche Walzenbaueinheit ist fertigungstechnisch einfacher herzustellen.
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F i g. 5 zeigt schließlich eine Walzenbaueinheit (hier in der Mittenstellung
gezeigt) in Gestalt eines exzentrisch
schwenkgelagerten Rohres 13, in dessen Gegengewichtskörperbereich
ein Zusatzgewicht 14 eingesetzt ist. Wenn das Gewicht des Magneten 12 bereits ausreicht,
um die notwendigen Momentenverhältnisse herzustellen, kann das Zusatzgewicht 14
sogar entbehrlich sein.
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Die Schwenkachse 4 ist bei der Ausbildung gemäß Fig.5 vom Mittelpunkt
des Außenberandungskreises weg in Richtung zum Gegengewichtskorperbereich versetzt.
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In F i g. 6 ist noch eine fertigungstechnisch besonders einfache
Ausbildung gezeigt, bei der die Walzenbaueinheit ein exzentrisch gebohrter-und exzentrisch
gelagerter Zylinder 16 ist. Dabei liegen der Mittelpunkt des den Hohlraum 15 begrenzenden
Innenzylinderkreises, der Mittelpunkt des Kreises der zylindrischen Außenfläche
und der Schwenkachsenpunkt hintereinander auf einer Geraden.
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Es versteht sich, daß die berührungslose Registrierung der Schwenklage
der Walzenbaueinheit auch auf andere als die in den Beispielen gezeigte Weise erfolgen
kann. Statt eines parallel zur Schwenkachse 4 liegenden Magneten 12 könnte dieser
auch diametral in der Walzenbaueinheit 3 eingebaut sein, wobei der Magnetfühler
6 in oder an einem unbeweglichen Teil so befestigt wäre, daß er in der einen Endlage
parallel und in der anderen Endlage verdreht zum Magneten liegt.
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Auch so kann eine hohe Ansprechempfindlichkeit erzielt werden.
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