DE4023611A1 - Fuellstandssensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Füllstands­ sensor.

Es ist bekannt, den Füllstand eines Behälters zu messen, indem man den Druck mit einem Drucksensor mißt. Ordnet man den Druck­ sensor in einem in die Flüssigkeit eintauchenden Tauchrohr an, so komprimiert der steigende Flüssigkeitspegel die Luft in dem Tauchrohr, wobei der von dem Drucksensor erfaßte Druck ansteigt und in eine entsprechende Verschiebebewegung umgesetzt wird, die von einem Schaltgerät erfaßt werden kann. Der Drucksensor weist in der Regel eine Flachmembran oder eine Balgmembran auf, die den Druck in eine Bewegung umsetzt. Wenn die Membran undicht wird oder das Tauchrohr nicht druckdicht abschließt, so ergibt sich eine Fehlfunktion des Füllstandssensors.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Füllstandssensor anzugeben, der in jedem Fall funktionsfähig bleibt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Füllstandssensors sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Füllstandssensors beschrieben.

Gemäß dieser Figur ist ein Tauchrohr 10 angeordnet, das von oben in einen nicht-dargestellten zu befüllenden drucklosen Behälter hineinragt. Das Tauchrohr 10 ist nach oben durch einen Druck­ sensor 12 abgeschlossen, der aus einem einerseits mit dem Tauchrohr 10 und andererseits mit einer Verschiebeplatte 16 verbundenen Edelstahlbalg 14 besteht. Auf dem dem Flüssigkeits­ pegel abgewandten Ende des Tauchrohrs 10 sitzt ein Schaltgerät 18 bekannter Bauart (siehe z. B. DE-PS 23 00 322), das im wesentlichen eine einseitig gelagerte Schaltbrücke 20 aufweist, die mit einem Schaltelement 22 wie z. B. einem Mikroschalter, Näherungsschalter oder pneumatischem Schalter oder auch mit - einem induktiven Wegaufnehmer zusammenwirkt. Das freie Ende der Schaltbrücke 20 stützt sich an einer einstellbaren Sollwertfeder 24 ab. Zwischen der Schaltbrücke 20 und der Verschiebeplatte 16 ist ein Verschiebestößel 26 angeordnet, der die Bewegung der Verschiebeplatte 16 in eine Bewegung der Schaltbrücke 20 umsetzt.

Die Verschiebeplatte 16 weist einen zentralen Buchsenansatz 28 auf, in den ein Übertragungsbolzen 30 von wählbarer Länge eingesetzt ist. Das andere Ende des Übertragungsbolzens 30 ist in eine Ausnehmung 32 in einem Schwimmerkörper 34 eingesetzt.

Der Schwimmerkörper 34 wird nach oben durch eine Druckfeder 36 vorgespannt, die sich nach unten an einem ortsfesten Widerlager 38 in dem Tauchrohr 10 abstützt. Das ortsfeste Widerlager 38 ist als Sieb ausgebildet, um der steigenden Flüssigkeit den Durchtritt zu gestatten.

Alternativ ist das Druckrohr 10 an seiner Seite mit einer verschließbaren Öffnung 40 versehen, durch die bei Bedarf in bekannter Weise Luft oder Gas zum Einperlen eingeführt wird, wobei der Druck des einperlenden Gases immer dem statischen Druck und damit dem Füllstand der Flüssigkeit über der Öffnung am Ende des Tauchrohres 10 entspricht.

Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Funktion des Füllstandssensors: Bei einer Befüllung des nicht-dargestellten drucklosen Behälters steigt der Flüssigkeitspegel in diesem Behälter an und erreicht bei einer bestimmten Füllhöhe das Tauchrohr 10. Bei einer ordnungsgemäßen Funktion wird sodann bei einem weiter ansteigenden Flüssigkeitspegel die Luft in dem Tauchrohr 10 komprimiert und der sich aufbauende Luftdruck wird über den Edelstahlbalg 14 und die Verschiebeplatte 16 in eine Verschiebebewegung des Stößels 26 umgesetzt. Über die Soll­ wertfeder 24 kann der Schaltpunkt des Schaltgerätes 18 einge­ stellt werden. Die Einstellung erfolgt in der Weise, daß der Drucksensor 12 bei einem bestimmten Füllpegel das Schaltgerät 18 betätigt und die Befüllung unterbricht, bevor der Flüssigkeits­ pegel in dem Tauchrohr 10 den Schwimmerkörper 34 erreicht.

Ist der Edelstahlbalg 14 oder das Tauchrohr 10 undicht, so wird kein Druck aufgebaut und der Flüssigkeitspegel kann ungehindert ansteigen. In diesem Fall erreicht jedoch der Flüssigkeitspegel den Schwimmerkörper 34, so daß dieser auf Grund der kraft­ schlüssigen Verbindung mit der Schaltbrücke 20 das Schaltgerät 18 betätigt, woraufhin die Befüllung unterbrochen wird.

Bei dieser Überfüllsicherung werden die Kräfte der Federn 24 und 36 und die Auftriebskraft des Schwimmerkörpers 34 so abgestimmt, daß die maximale Auftriebskraft immer größer als die maximal zu erreichende Gegenkraft durch die Sollwertfeder 24 ist. Dann ist es praktisch unmöglich, die Sicherheitsabschaltung unwirksam zu machen.

Das Schaltgerät kann wahlweise mit einem einpolig umschaltenden Mikroschalter 22 in der dargestellten Form ausgerüstet sein; es kann aber auch alternativ zwei nacheinander schaltende Mikro­ schalter, ein oder zwei elektronische Näherungsschalter, ent­ sprechende pneumatische Schaltelemente, ein explosionsge­ schütztes Schaltgerät für brennbare Flüssigkeiten, einen induktiven Wegaufnehmer zur stetigen Erfassung der Schwenk­ bewegung der Schaltbrücke oder einen induktiven Wegaufnehmer in Kombination mit einem binären Schalter aufweisen. Weiterhin sind Schaltgeräte mit einem Hall-Sensor, mit einem optischen Schalter usw. als Schaltelemente realisierbar.

Neben der beschriebenen redundanten Überfüllsicherung, bei der der Sensor selbstüberwachend ausgeführt ist, sind noch weitere Anwendungsfälle denkbar.

So kann bei Verwendung eines Schaltgerätes mit zwei in der Schaltfolge versetzten Mikro- oder Näherungsschaltern eine Überfüllsicherung mit einer Anzeige eines Defekts verwirklicht werden. Hierbei wird der an zweiter Stelle angeordnete Schalter nur aktiviert, wenn die Abschaltung des Füllvorgangs durch den zuerst wirksamen Schalter nicht erfolgt ist. Zusätzlich zur Sicherheitsabschaltung kann eine Defektanzeige ausgelöst werden.

Alternativ kann auch bei steigendem Füllstand über den zuerst aktivierten Schalter eine optische oder akustische Vorwarnung gegeben werden und damit angezeigt werden, daß die Füllhöhe nahezu erreicht ist. Der an zweiter Stelle aktivierte Schalter beendet sodann den Füllvorgang.

In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, durch den ersten Schalter den zufließenden Volumenstrom auf eine geringere Füllgeschwindigkeit umzuschalten, beispielsweise durch Beeinflussung einer Pumpe oder eines Ventils und durch den zweiten Schalter den Füllvorgang zu beenden. Hierdurch wird ein Überfüllen durch Nachlauf vermieden.

Bei einer Kombination eines stetigen induktiven wegaufnehmers mit einem an nachgeschalteter Stelle schaltenden bipolaren Schaltelement ergibt sich die Möglichkeit, über den induktiven Wegaufnehmer die Bewegungen der Schaltbrücke 20 zu erfassen und diese beispielsweise in ein stetiges elektrisches Signal von 0 bis 10 Volt oder 0 bis 20 mA umzuwandeln, wobei dieses Signal zur Füllstandsanzeige genutzt werden kann. Steigt der Füllstand über den Anzeigebereich hinaus an, so wird der bipolare Schalter, ausgelöst durch die Zusatzkraft des Schwimmerkörpers 34, betätigt und bewirkt eine Abschaltung oder ein Warnsignal.

Claims (9)

1. Füllstandssensor, gekennzeichnet durch die kombinierte Anordnung folgender Elemente in einem druckdicht abgeschlossenen Tauchrohr (10):

• a) ein das Tauchrohr nach oben abschließender pneumatischer Drucksensor (12) und
• b) ein unterhalb des Drucksensors (12) angeordneter und mit diesem in Antriebsverbindung stehender Schwimmerkörper (34).

2. Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auftriebskraft des Schwimmerkörpers (34) größer als die von dem eingeschlossenen Gas auf den Drucksensor (12) ausgeübte Kraft gewählt ist.

3. Füllstandssensor nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drucksensor (12) den erfaßten Druck in eine Verschiebebewegung umsetzt und mit einem Stößel (26) auf ein Schaltgerät (18) einwirkt.

4. Füllstandssensor nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stößel (26) auf eine Schaltbrücke (20) einwirkt, die durch eine Sollwertfeder (24) vorgespannt ist, und daß der Schwimmerkörper (34) durch eine entgegenwirkende Druckfeder (36) vorgespannt ist.

5. Füllstandssensor nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Druckfeder (36) an einem Widerlager (38) in dem Tauchrohr (10) abstützt.

6. Füllstandssensor nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Widerlager (38) als ein in das Tauchrohr eingesetztes und mit diesem verbundenen Sieb ausgebildet ist.

7. Füllstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drucksensor (12) und dem Schwimmerkörper (34) ein über­ tragungsbolzen (30) mit wählbarer Länge angeordnet ist.

8. Füllstandssensor nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Tauchrohr (10) eine verschließbare Einperlöffnung (40) aufweist.

9. Füllstandssensor nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltbrücke (20) mit nacheinander schaltenden Schaltelementen (22) und/oder mit induktiven Wegaufnehmern zusammenwirkt.