DE4010483C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Füllstandes oder der Dichte einer Flüssigkeit.

Derartige Einrichtungen werden häufig verwendet, um den Füll­ stand in nicht transparenten Behältern oder die Dichte einer Flüssigkeit zu messen. Hierzu dienen insbesondere Meßumformer, welche die am Verdrängungskörper entstehende, der Dichte der Flüssigkeit und dem Volumen des eintauchenden Teils des Ver­ drängungskörpers proportionale Auftriebskraft über Kraftüber­ tragungselemente in ein entsprechendes, beispielsweise elektri­ sches oder pneumatisches, Meßsignal umwandeln. Eine bekannte und gebräuchliche Ausführungsform ist der Meßumformer der Firma Eckardt AG vom Typ LI 166. Dort ist der Verdrängungskörper mit­ tels einer Aufhängestange am freien Ende einer Übertragungs­ stange aufgehängt, welche am anderen Ende an einer in einem Torsionsrohr untergebrachten Welle angelenkt ist. Das Torsions­ rohr führt zu einer Meßkammer und dient gleichzeitig als Trenn­ wand zwischen Meßkammer und Flüssigkeitsraum. Teile einer der­ artigen Meßeinrichtung sind auch aus der DE 38 22 799 A1 be­ kannt.

Ein besonderes Problem liegt vor, wenn die Flüssigkeit aus ei­ ner sublimierenden Substanz besteht, wenn also der über der Flüssigkeit stehende Dampf direkt in die feste Phase auskri­ stallisieren kann. Dies führt schon nach kurzer Betriebsdauer zu Ablagerungen der Substanz an den dem Dampf zugänglichen Teilen. Besonders störend sind die Ablagerungen an den Elemen­ ten der Kraftübertragungseinheit, da hierdurch die Meßgenauig­ keit beeinträchtigt wird und schließlich die Meßeinrichtung bereits nach kurzer Betriebsdauer gänzlich versagt, mit dement­ sprechend nachteiligen Folgen für die Wirtschaftlichkeit der Einrichtung.

Um die Kraftübertragungseinheit zu schützen, kann sie mit einer Lochblende von den Dämpfen abgeschirmt werden. Durch die Öff­ nung der Lochblende wird die Aufhängestange des Verdrängungs­ körpers geführt. Eine derartige, einfache Lochblende löst das Problem jedoch nicht zufriedenstellend. Wird nämlich die Öff­ nung sehr klein gewählt, so entsteht schon beim Einbau ein be­ trächtliches Zentrierungsproblem. Ohne beträchtlichen Aufwand für die exakte Plazierung der Lochblende kommt es daher bereits bei Inbetriebnahme zu Reibungseffekten zwischen Aufhängestange und Öffnungsrand, was wiederum zum Ausfall der Meßapparatur führt. Wird die Öffnung dagegen zur Gewährleistung eines rei­ bungsfreien Betriebes größer gewählt, so treten unvertretbar große Dampfmengen in den die Kraftübertragungseinheit umgeben­ den Raum ein.

Bekannt ist auch eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art (DE 37 29 242 A1), bei der in einen geschlossenen Behälter die Aufhängestange für den Auftriebskörper durch eine Öffnung in einem Deckel hereinragt, die von einem Faltenbalg umgeben ist. Dieser Faltenbalg ist zur Abdichtung an der Aufhängestange über eine Membran angeschlossen. Bei solchen Bauarten kann das Meß­ signal durch die von der Membran und dem Faltenbalg ausgeübten Rückstellkräfte beeinträchtigt werden. Auch der Aufwand für die Abdichtung ist verhältnismäßig groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrich­ tung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie auf einfache Weise eine Abdichtung erlaubt, ohne daß eine Meß­ signalbeeinflussung durch Rückstellkräfte eintritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Meßeinrichtung der eingangs genannten Art gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Durch die genügend große Öffnung in der Lochblende wird er­ reicht, daß keine störenden Reibungseffekte durch Berührung der Aufhängestange mit dem Öffnungsrand entstehen. Die diese Öffnung abdeckende Abdichtung verhindert einen Durchtritt von Dampf durch diese Öffnung. Zwar liegt diese Abdichtung nunmehr eng an der Aufhängestange an, dies stört jedoch im Gegensatz zum Fall einer einfachen, räumlich fixierten, engen Lochblendenöffnung oder einer mit einem Faltenbalg verbundenen Membrananordnung nicht, weil die Abdichtung axial gegenüber der Aufhängestange und radial gegenüber der Lochblende beweglich ist. Die dadurch ermöglichte Ausweichbeweglichkeit verhindert weitgehend schäd­ liche Reibungseffekte und ein vorzeitiges Unbrauchbarwerden der Meßeinrichtung. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Abdich­ tung in Form zweier aufeinandergelegter Dichtscheiben aus­ geführt ist. Mit radial nach außen verlaufenden Schlitzen können diese Scheiben sehr einfach nachträglich montiert bzw. ausgetauscht werden, ohne hierzu dejustierende Manipulationen beispielsweise an der Aufhängestange vornehmen zu müssen. Sind die beiden Schlitze gegeneinander versetzt angeordnet, so besteht neben der mittigen Öffnung zur Durchführung der Auf­ hängestange keine weitere gemeinsame Durchlaßfläche, durch die dann etwa Dampf durchtreten könnte.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit einer topfartig in Richtung der Flüssigkeit vertieft angebrachten Lochblende können auch wesentliche Teile der Aufhängestange selbst von den Dämpfen freigehalten werden.

Es ist vorteilhaft, die beiden Scheiben verdrehfest zu verbin­ den, indem jeweils ein Nocken auf der einen Scheibenfläche in den Schlitz der anliegenden anderen Scheibe greift. Damit wird verhindert, daß die Dichtscheiben bei Erschütterungen wegdriften und die Lochblendenöffnung freigeben oder die Schlitze übereinander zu liegen kommen und dadurch die Abdichtung ver­ schlechtern. Um den Einfluß von Ablagerungen im Bereich der Durchführungsöffnung auf die Meßgenauigkeit möglichst gering zu halten, ist es günstig, die der Aufhängestange zugewandten Innenränder der Dichtscheibe konisch zugespitzt auszubilden, da hierdurch die eventuell entstehende Reibungsfläche sehr klein gehalten werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen der Flüssigkeit zuge­ wandten Teil eines Meßumformers mit einer Dampfabschirmung und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 mit einer Draufsicht auf die Abdichtung.

In Fig. 1 ist der flüssigkeitsseitige Teil (17) eines Meßumfor­ mers dargestellt. Er beinhaltet einen mehrteiligen, nach oben dicht abgeschlossenen Behälter (15), in dessen unterem Ende sich eine Flüssigkeit (7) befindet, welche in nicht gezeigter Weise in den Behälter (15) zu- und abführbar ist. Um den Füll­ stand der Flüssigkeit (7) im Behälter (15) oder deren Dichte zu messen, taucht ein Verdrängungskörper (14) mit einer gegenüber der Flüssigkeit (7) größeren Dichte in dieselbe teilweise ein. Die am Verdrängungskörper (14) entstehende Auftriebskraft ist der Dichte der Flüssigkeit (7) und dem Volumen des eintauchen­ den Teils des Verdrängungskörpers (14) proportional, so daß die Messung des Füllstandes oder der Dichte durch eine Messung die­ ser Kraft möglich ist.

Zur Kraftübertragung dient eine aus einer Übertragungsstange (5) und einem Torsionsrohr (6) mit einer entsprechenden, nicht näher gezeigten, gegen kristalline Ablagerungen besonders emp­ findlichen Torsionsrohrlagerung bestehende Kraftübertragungs­ einheit. Der Verdrängungskörper (14) ist mittels einer Aufhän­ gestange (3) am freien Ende der Übertragungsstange (5) aufge­ hängt. Die Übertragungsstange (5) ist an ihrem gegenüberliegen­ den Ende an einer Welle des Torsionsrohres (6) drehfest ange­ lenkt. Dieses Torsionsrohr (6) führt aus dem Behälter (15) her­ aus zu einer nicht gezeigten Meßkammer, in der das von der Auf­ triebskraft erzeugte Drehmoment in ein entsprechendes Signal der gewünschten Art, vorzugsweise ein elektrisches Signal, um­ geformt wird.

Der oberhalb der Flüssigkeit (7) verbleibende Raum im Behälter (15) wird durch eine Lochblende (2) in einen Dampfraum (13), in dem sich der normale Dampfdruck der Flüssigkeit (7) ausbildet, und einen dampffreien Übertragungsraum (16) unterteilt. Die Lochblende (2) ist topfartig ausgeführt und mit ihrem abdich­ tenden Außenflansch (18) zwischen Wandungen des Behälters (15) mittels Schraubverbindungen (19) fest eingespannt. Der Boden (22) der Lochblende (2) verläuft parallel und im Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche und ist gegenüber dem Außenflansch (18) abgesenkt. Er besitzt eine kreisrunde, mittige Öffnung (1), deren Radius (r) groß genug gewählt ist, um im Betrieb eine Be­ rührung des Öffnungsrandes mit der Aufhängestange (3) zuverläs­ sig zu vermeiden.

Die zwischen der Aufhängestange (3) und dem Rand der Öffnung (1) verbleibende Durchtrittsfläche ist durch eine Abdichtung (4) abgedeckt, welche auf dem Boden (22) der Lochblende (2) aufliegt. Die Abdichtung (4) besteht aus zwei aufeinanderlie­ genden Dichtscheiben (8, 9), deren Aufbau aus Fig. 2 hervorgeht. Sie besitzen jeweils einen von der Mitte radial nach außen bis zur Peripherie führenden Schlitz (10, 11) der Breite (a), die im wesentlichen dem Durchmesser der Aufhängestange (3) ent­ spricht, aber ein geringes Spiel beläßt. Die Aufhängestange ist daher axial frei beweglich gegenüber den Dichtscheiben (8, 9). So können die Dichtscheiben (8, 9) mit ihren Schlitzen (10, 11) jeweils seitlich über die Aufhängestange (3) geschoben und dadurch montiert oder ausgewechselt werden, ohne Teile der Meßanordnung, wie z. B. die Aufhängestange (3), demontieren zu müssen. Der Radius (R) der Dichtscheiben (8, 9) ist so gewählt, daß auch bei Ausweichbewegungen der Aufhängestange (3) inner­ halb des Radius (r) der Öffnung (1) diese vollständig von der Abdichtung (4) bedeckt bleibt. Die beiden Dichtscheiben (8, 9) sind so aufeinandergelegt, daß die Schlitze (10, 11) im wesent­ lichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Auf der unteren Scheibe (9) ist ein Nocken (12) angebracht, der in den Schlitz (10) der oberen Scheibe (8) eingreift. Desgleichen greift ein an der oberen Scheibe (8) angebrachter Nocken (23) in den Schlitz (11) der unteren Scheibe (9) ein. Damit sind die beiden Dicht­ scheiben (8, 9) verdrehfest miteinander verbunden, wodurch ver­ hindert wird, daß die beiden Schlitze (10, 11) im Betrieb über­ einander zu liegen kommen, so daß größere Dampfmengen aus dem Dampfraum (13) in den Übertragungsraum (16) gelangen würden. Um den Herstellungsaufwand niedrig zu halten, bestehen beide Dicht­ scheiben (8, 9) aus demselben Bauteil.

Durch die in etwa senkrechte Ausrichtung der Schlitze (10, 11) wird außerdem erreicht, daß die aufeinandergelegten Dichtschei­ ben (8, 9) lediglich eine mittige Öffnung (20) von etwa der Ausdehnung des Aufhängestangenquerschnitts aufweisen, so daß keine nennenswerten Dampfmengen zwischen dem Öffnungsrand und der Aufhängestange (3) in den Übertragungsraum (16) gelangen können. Mittels der Lochblende (2) und der Abdichtung (4) wird also erreicht, daß der Dampf im Dampfraum (13) verbleibt und der Übertragungsraum (16) dampffrei bleibt. Meßfehler bzw. das Versagen der Meßeinrichtung verursachende kristalline Ablage­ rungen an der Übertragungsstange (5) oder dem Torsionsrohr (6), vor allem aber an der besonders empfindlichen Torsionsrohrlage­ rung, werden dadurch während einer langen Betriebsdauer vermie­ den. Durch die nach unten topfartig erweiterte Lochblende (2) bleiben auch große Teile der Aufhängestange (3) ablagerungsfrei.

Da die Dichtscheiben (8, 9) auf den Boden (22) der Lochblende (2) lediglich aufgelegt sind, bleiben sie in der Horizontalebe­ ne frei beweglich. Dies verhindert das Entstehen signifikanter Reibungseffekte in der Nähe der Durchführung der Aufhängestange (3) durch die Öffnung (1) der Lochblende (2). Denn im Gegensatz zu einer räumlich starr fixierten Lochblende mit kleiner Öff­ nung kann die Aufhängestange (3) bei der gezeigten Ausführungs­ form sich innerhalb eines vergleichsweise großen Öffnungsradius (r) der Öffnung (1) bewegen, wobei die Abdichtung (4) dieser Bewegung folgt und sich die Dichtscheiben (8, 9) selbsttätig entsprechend ausrichten können, was einen von Ablagerungen auf­ grund der auskristallisierenden Dämpfe unbeeinflußten Betrieb der Meßeinrichtung für eine lange Betriebsdauer ermöglicht.

Auch die für eine Messung nötige, geringfügige, freie Axialbe­ weglichkeit der Aufhängestange (3) bleibt für eine lange Be­ triebsdauer erhalten. Hierzu ist es günstig, das Material der Abdichtung (4) so zu wählen, daß bei der horizontalen Verschie­ bung der Dichtscheiben (8, 9) auf dem Boden (22) nur geringe Reibungskräfte auftreten und die Abdichtung (4) andererseits schwer genug ist, um geringfügigen Axialbewegungen der Auf­ hängestange (3) zu widerstehen und nicht von dieser mitgenommen zu werden. Die Öffnung (1) wird daher nicht freigegeben. Vor­ zugsweise sind zu diesem Zweck metallische Dichtscheiben geeig­ net.

Eine weitere Verringerung des Einflusses möglicher kristalliner Ablagerungen im Bereich der Durchlaßöffnung (20) kann dadurch erzielt werden, daß die Dichtscheiben (8, 9) an ihrem die Öff­ nung (20) bildenden, der Aufhängestange zugewandten Innenrand anstatt, wie gezeigt, parallel zur Außenfläche der Aufhänge­ stange (3) zu dieser hin konisch zugespitzt verlaufend ausge­ bildet sind, so daß nur eine sehr geringe Berührungsfläche mit der durchgeführten Aufhängestange entstehen kann. Zweckmäßig wird die Ausführung dabei so gewählt, daß der engste Durch­ messer der Öffnung (20) in jeder der Dichtscheiben (8, 9) in einer Mittelebene liegt, die parallel zu den Außenflächen der Dichtscheiben (8, 9) durch diese verläuft. Dies vermindert die durch Ablagerungen eventuell entstehende Reibungsfläche und damit die Reibungskräfte und erhöht so die Betriebsdauer des Meßumformers auch im Hinblick auf die freie Axialbeweglichkeit der Aufhängestange.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Messung des Füllstandes oder der Dichte einer Flüssigkeit (7), insbesondere einer aus einer sublimierenden Substanz bestehenden Flüssigkeit, mit einem in die Flüssigkeit (7) eintauchenden Verdrängungskörper (14) und einer über der Flüssigkeit (7) angeordneten Kraftübertragungseinheit (5, 6), die die Auftriebskraft zu einem außerhalb des Behälters (15) in einer Meßkammer angeordneten Meßumformer überträgt und an der der Verdrängungskörper (14) mittels einer Aufhängestange (3) aufgehängt ist, die durch eine genügend große Öffnung (1) in einer zwischen der Kraftübertragungseinheit (5, 6) und der Oberfläche der Flüssigkeit (7) vorgesehenen Abdeckung reibungsfrei hindurch­ geführt und gegenüber der Öffnung (1) abgedichtet ist, mit den Merkmalen, daß als Abdeckung eine Lochblende (2) vor­ gesehen ist, deren Öffnung (1) von einer auf der Lochblende (2) radial beweglich angeordneten, lediglich einen kleinen Durchlaß (20) zur Durchführung der Aufhängestange (3) aufweisenden Ab­ dichtung (4) abgedeckt ist, die aus zwei jeweils einen von der Mitte radial nach außen bis zur Peripherie verlaufenden Schlitz (10, 11) aufweisenden Dichtscheiben (8, 9) besteht, welche so gegeneinander verdrehfest aufeinandergelegt sind, daß die beiden Schlitze (10, 11) gegeneinander versetzt angeordnet sind und mittig der Durchlaß (20) gebildet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblende (2) topfartig ausgebildet und die Abdichtung (4) am Topfboden angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Dichtscheibe (8, 9) einen Nocken (12, 23) auf­ weist, welcher in den Schlitz (10, 11) der anderen Scheibe (8, 9) eingreift.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Durchlaß (20) bildenden, der Auf­ hängestange (3) zugewandten Innenränder der Dichtscheiben (8, 9) zur Aufhängestange (3) hin konisch zugespitzt ausgebildet sind.