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Flüssigkeitsstandauzeiger mit Kolbenpumpe. Die Erfindung bezieht sich
auf einen Flüssigkeitsstandanzeiger mit Kolbenpumpe, der dadurch neu und eigentümlich
ist, daß beim Rückgang des Pumpenkolbens eine am unteren Ende der in den zu messenden
Behälter tauchenden Rohrleitung angeordnete Kapsel eine an sich bekannte Hilfsflüssigkeit
(Glyzerin o. dg1.) enthält, die durch Vermittlung einer die Öffnung der Kapsel überspannenden.
für die zu messende Flüssigkeit durchlässigen und für die Hilfsflüssigkeit undurchlässigen
Membran den Druck der zu messenden Flüssigkeit aufnimmt und durch den Schieber auf
die Anzeigevorrichtung überträgt.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungen in verschiedenen Ausführungsformen
in seiner Anwendung beim Brennstoffbehälter für Automobile dargestellt.
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Es zeigt: Abb. i einen senkrechten Schnitt durch die Gesamtanordnung
eines Apparates gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Abb.2 eine Vorderansicht
des eigentlichen Standanzeigers, Abb.3 eine Einzelheit in vergrößertem Maßstab,
Abb. ¢ eine andere Ausführungsform für die Anordnung eines Apparates für einen Behälter.
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Bei der in Abb. i dargestellten Ausführungsform ist der Apparat in
folgender Weise ausgebildet. Ein Rohr 2o taucht in dem zu beobachtenden Behälter
2i. In seinem unteren Teil ist das Rohr 2o, das nicht frei in den Behälter mündet,
mit einer kleinen Kammer 22 versehen und enthält Glyzerin, Quecksilber o. dgl. Das
untere Ende des Rohres schneidet mit dem Boden der Kammer 22 ab.
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Die Kammer 22 ist auf einer von ihren Seiten durchbohrt, und diese
Bohrung 23 ist mit einem Verschluß versehen, der für die in der Kammer enthaltene
eingeschaltete Flüssigkeit undurchdringlich, hingegen für die zu messende Flüssigkeit
durchdringlich ist. Andererseits ist die Kammer auf ihrer oberen Seite mit einem
kleinen seitlichen Rohr 2d. versehen, das sich an die Hauptleitung 2o anlehnt und
in seinem oberen Teil mit einem für die Luft und für die zu messende Flüssigkeit
durchdringlichen Verschluß verschlossen ist.
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Das obere Ende der Rohrleitung 2o ist durch eine Rohrleitung 26 mit
einer kleinen Pumpe 27 verbunden, die im Handbereich des Fahrers angeordnet ist.
In dem Pumpenkörper 27 kann sich der Kolben 28 bewegen, der auf einer von seinen
Seiten mit der Stange 29 und auf der anderen Seite mit einer Stange 30 versehen
ist, die einen Druckstempel bildet und sich mit der Kolbenseite durch einen konischen
Teil- 31 verbindet, der einen Verschluß für die in den Boden des Pumpenkörpers
gebohrte Öffnung 32 bildet. Eine Spiralfeder 33 stützt sich einerseits gegen den
Pumpenkörper, andererseits auf
den Kolben, der in der in den Abb.
i und 3 dargestellten Lage zu verbleiben sucht.
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Die in den Boden des Pumpenkörpers gebohrte Öffnung 32 (Abb. 3) setzt
diesen letzteren mit einer kleinen Verteilungskammer 34 in Verbindung, die mit zwei
Öffnungen 35 und 36 versehen ist. Die Öffnung 35 nimmt das andere Ende der Rohrleitung
26 auf, durch die die Pumpe mit dem zu beobachtenden Behälter verbunden ist. Die
Öffnung 36 ist durch die Rohrleitung 37 mit der eigentlichen Anzeigevorrichtung
oder dem Flüssigkeitsmanometer 39 verbunden.
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In der Kammer 34 kann ein Schieber 38 sich bewegen, der sich auf eine
Feder 40 stützt. Ein seitlicher Kanal 41 kann den unteren Teil der Kammer 34 mit
der Öffnung 36 verbinden. Das Flüssigkeitsmanometer oder der Standanzeiger enthält
eine Kammer 39, die als Flüssigkeitsbehälter dient. Die eigentliche Anzeigevorrichtung
besteht aus einer Kammer 42, die eine abgeflachte Form hat. Auf der vorderen Seite
dieser gegen den Fahrer gekehrten Kammer ist ein Fenster (Abb. 2) ausgeschnitten,
dessen Umfangslinie dem Querschnitt des zu messenden oder zu beobachtenden Behälters
entspricht. Dieses Fenster ist mit einer durchsichtigen Glastafel -3 versehen. Die
entgegengesetzte Seite der Kammer 42 ist innen mit einer weißen Sub->tanz (emailliertes
Blech, Porzellan usw.) versehen, die dazu bestimmt ist, den Stand rler durch das
Fenster 43 sichtbar gemachten Flüssigkeit deutlicher erkennen zu lassen. Die Kammer
39 ist mit der Kammer 42 durch eine Öffnung 44 verbunden.
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Die Kammer 39 enthält eine wenig bewegliche Flüssigkeit, die bei den
gewöhnlichen Temperaturen nicht verdampft, z. B. Glyzerin. Diese Flüssigkeit wird
vorteilhaft gefärbt, um die Angaben deutlicher zu machen. In ihrem oberen Teil ist
die Kammer 42 mit einem kleinen Rohr 45 versehen. Dieses Rohr besitzt einen Verschluß
46, der durchlässig für die Luft, aber nicht durchlässig für die Flüssigkeit ist.
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Die Wirkungsweise dieses Apparates zeigt zwei absolut verschiedene
Phasen, die voneinander getrennt sind und aufeinanderfolgen, aber im übrigen durch
eine einzige Handhabung der Pumpe erzielt werden. Die Aufgal:e dieser letzteren
Pumpe besteht nur in der Inbetriebsetzung des- Apparates. Die erste Phase besteht
darin, die Luft ohne Bremsung frei und schnell mit Hilfe der Pumpe zu drücken. Dieses
Drücken bewirkt ein unmittelbares Vorwärtstreiben des Flüssigkeitskolbens, der das
Gewicht der zu messenden Flüssigkeitssäule trägt. Gleichzeitig wird die Luftleitung
auf diese Weise unter einen Druck gesetzt, der mit der Höhe der Flüssigkeit im Behälter
in einem bestimmten Verhältnis steht. Während dieser ausschließlich vorbereitenden
Phase ist der Standanzeiger von der vorerwähnten Rohrleitung isoliert und die Handhabung
der Pumpe ist folglich ohne Einfluß auf sie. Der von der Pumpe erzeugte Druck wird
für die Ablesung nicht benutzt.
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Die zweite Phase besteht darin, den Standanzeiger mit der Hauptrohrleitung
in Verbindung zu setzen, nach dem .diese in Betrieb gesetzt ist. Diese zweite Phase
wird durch den (im allgemeinen selbsttätigen) Rückgang des Pumpenkolbens hervorgerufen.
Die Hauptrohrleitung wird dann mit einer neuen Kammer in Verbindung gesetzt. Die
Luft, .die diese Kammer enthält, entspannt sich, und der eingeschaltete Flüssigkeitskolben
wird durch die im Behälter enthaltene Flüssigkeit auf eine Höhe gedrückt, die vom
Stand der Flüssigkeit und von der Größe des Standanzeigers abhängt. Allein dieser
resultieren-de Druck wird für die Ablesung auf der eigentlichen Anzeigevorrichtung
benutzt.
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Es wird angenommen, daß das System in der in Abb. i dargestellten
Lage sich befindet. Die eingeschaltete Flüssigkeit a steigt in dem Rohr 2o bis zu
einer solchen Höhe, daß diese Flüssigkeitssäule der Flüssigkeitssäule b im Behälter
21 das Gleichgewicht hält. Wenn man den Kolben 2o in der Richtung des Pfeiles zieht
und dabei die Feder 33 zusammendrückt, wird der Schieber 38 freigegeben, der bisher
durch die Stange 30 gehalten war. Unter Einwirkung seiner Feder 40 geht der
Schieber an das rechte Ende des Hubes (Abb. i). Er verschließt die Öffnung 35 und
32. Die Außenluft dringt in den Pumpenkörper durch ein zu diesem Zwecke gebohrtes
Loch ein und geht in der gewöhnlichen Weise um die Lederdichtung des Kolbens herum.
Wenn der Kolben am Ende des Hubes sich befindet, läßt man die Stange 29 los, und
der Kolben wird unter der Wirkung der Feder 33 gegen -den Boden des Pumpenkörpers
gestoßen, dem er die Luft verdrängt. Durch den Druck der Luft wird der Schieber
38 nach links getrieben, und er gibt bei dieser Bewegung die Öffnung 35 frei. Die
verdrängte Luft wird schnell und unbehindert, ohne eine zu ihrer Bremsung geeignete
Drosselung zu erfahren, in das Rohr 2o durch die Rohrleitung 26 geführt. Der Rückgang
des Kolbens könnte übrigens von Hand hervorgerufen werden, da die. auf der Zeichnung
vorgesehene Feder nicht unentbehrlich ist.
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Unter der Wirkung der auf diese 'Weise zusammengedrückten Luft wird
die eingeschaltete Flüssigkeitssäule a selbst in die Kammer 22 gedrängt, und die
überschüssige Luft entweicht durch den durchlässigen Verschluß
23
oder auch durch die Hilfsleitung 2a, wobei sie durch die im Behälter enthaltene
Flüssigkeit hindurchgeht. .
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Wenn sich der Kolben dem Ende seines -Hubes nähert, dringt die Stange
3o in die Öffnung 32 und stößt den Schieber 38 zurück, wodurch der seitliche Kanal
41 freigegeben wird. In diesem Augenblick enthalten das Rohr 2o und die Rohrleitung
26 Luft bei einem Druck, der der Flüssigkeitshöhe im Behälter 21 das Gleichgewicht
hält. Das Gewicht dieser Flüssigkeit wirkt auf die eingeschaltete Flüssigkeit a,
die einen Kolben bildet. Dieser letztere Kolben drückt Luft durch das Rohr 2o, die
Rohrleitung 26, die Öffnung 35, den Kanal 41, die Öffnung 36 und die Rohrleitung
37 bis zum Behälter 39 der eigentlichen Anzeigevorrichtung. Unter der Wirkung dieses
Druckes wird ein Teil der im Behälter 39 enthaltenen Flüssigkeit in die Kammer 42
gedrückt. Diese Flüssigkeit wird durch das Fenster 4.3 sichtbar, und der Fahrer
hat infolgedessen eine treue Abbildung der in demselben Augenblick im Behälter 21
enthaltenen Flüssigkeit vor Augen. Das kleine Rohr 45, das die Verbindung mit der
Atmosphäre herstellt, hindert die Entstehung eines Gegendruckes in der Kammer ¢2,
@ der die Angaben des Apparates verfälschen würde.
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Es ist klar, daß jede Änderung des Flüssigkeitsniveaus im Behälter
ihren Ausdruck in einer durch das Fenster 43 sichtbaren Spiegelschwankung finden
wird. Diese Spiegelschwankungen in der Anzeigevorrichtung stellen sich ein,- ohne
daß es nötig wäre, eine Handhabung auszuführen. Der Apparat gemäß der Erfindung
erlaubt also, die Niveauänderungen auf kontinuierliche Weise abzuschätzen. Die Scheibe,
in welcher das Fenster .I3 ausgeschnitten ist, kann übrigens an einem der Ränder
des erwähnten Fensters (Abb. 2) eine Einteilung tragen, die die im Behälter enthaltene
Flüssigkeitsmenge ausdrückt. Die Ziffern dieser Einteilung Können genügend klein
sein, um das Aussehen der _Inzeigevorrichtung nicht zu beeinträchtigen. Man sieht,
daß in der Tat eine Ablesung dieser Ziffern während der Fahrt des Wagens nicht notwendig
ist.
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Sobald der Kolben 28 am Ende des Hubes @;ngelangt ist (entsprechend
der in den Abb. z und 3 gezeigten Stellung), verschließt der konische Teil 31 die
Öffnung 32 auf vollkomtnen dichte Weise, wodurch jede Verbindung zwischen der Kammer
34 und der Pumpe unterbrochen wird.
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Die seitliche Rohrleitung 24 dient nicht nur dazu, die Entleerung
der überschüssigen Luft zuzlaiassen, die von der Pumpe geliefert wird, sondern auch
dazu, den Austritt der Luft nach Füllung des zu beobachtenden Behälters zuzulassen,
welche Luft in der Kammer °22 oberhalb der zwischengeschalteten Flüssigkeit a verhanden
sein könnte.
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Man sieht, daß man die Pumpe so oft, als man dies wünscht, bewegen
kann, beispielsweise um auf besonders einfache Weise die Wirkungsweise des Apparates
zu prüfen. Die in 2:1 sichtbare Oberfläche wird von diesen Handhabungen der Pumpe
nicht beeinflußt.
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Die Flüssigkeit, die für das Anzeigen der Spiegelhöhe in der Kammer
42 am besten geeignet zu sein scheint, ist Glyzerin, das man färben kann, das bei
den gewöhnlichen Temperaturen nicht verdampft, und das sehr wenig beweglich ist.
Dank dieser Eigenschaft sind die Erzitterungen oder die Stöße der Ablesung der Spiegelhöhe
nicht hinderlich oder schädlich.
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Statt das Rohr 2o im Innern des Behälters unterzubringen, wie dies
bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Fall ist, könnte man die in der Abb.
q. dargestellte Anordnung annehmen. In diesem Falle ist die Kammer 23 unter dem
Boden des Behälters 2,1 befestigt, und das Rohr 2o ist mit dieser Kammer durch eine
Rohrleitung q.7 verbunden.
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Derselbe Apparat kann ohne jede Änderung bei unter Druck-stehenden
Behältern verwendet werden. Für diese Anwendung ist es genügend, das kleine Rohr
45 mit der Leitung zu verbinden, die dem Behälter 2,1 die unter Druck stehende Luft
oder das unter Druck stehende Gas zuführt. Auf diese Weise bleibt das ganze System
dauernd im statischen Gleichgewicht, da der Druck auf die Fläche der Flüssigkeit
im Behälter 21 ebenso groß ist, wie der Druck der Flüssigkeit in der Kammer q.2:
Die beschriebene und in den Abbildungen dargestellte Vorrichtung vereinigt die folgenden
wesentlichen Vorteile.
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z. Sie enthält keine mechanische Kraftübertragung. Bei einem Apparat
dieser Art haben die mechanischen Übertragungen den Nachteil, daß sie zum Auftreten
von Reibungen Anlaß geben, die notwendig zu Irrtümern im Ergebnis führen.
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z. Bei den bekannten Apparaten mit Übertragung durch Luft ist die
Luftsäule in unmittelbarer Berührung mit der zu messenden Flüssigkeit. Da die Flüssigkeiten,
deren Volumen man messen will, im allgemeinen mehr oder weniger flüchtig sind, und
da sie mit der Temperatur sehr veränderliche Dampfspannungen besitzen, ist es nicht
möglich, namentlich bei einem Apparat mit kontinuierlicher Ablesung, genaue Angaben
zu erzielen, wenn man zur Durchführung der Messungen den für den Ausgleich der Flüssigkeitshöhe
im Behälter erforderlichen Druck benutzen will. Dieser Nachteil verschwindet
bei
der Anordnung nach dieser Ausführungsform der Erfindung vollkommen, dank der Zwischenschaltung
einer Flüssigkeit zwischen die zu messende Flüssigkeit und die zu messende Luft.
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3. Die bei den bekannten Apparaten meist benutzten metallischen Manometer
müssen von sehr großer Empfindlichkeit sein. Sie sind infolgedessen in der Regel
sehr fein gebaut, was namentlich bei einem Automobil ein Nachteil ist. Der bei der
beschriebenen Ausführungsform der Erfindung benutzte Meßapparat (Flüssigkeitsmanometer)
ist bei beliebig großer Empfindlichkeit unzerstörbar und keiner Abnutzung unterworfen.
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d.. Bei den bekannten Standanzeigern, die Gas zur Übertragung benutzen,
war man bisher genötigt, ein Verschlußorgan vorzusehen, um die Flüssigkeit abzuschließen,
wenn man den Druck über dieser Flüssigkeit messen will. Daher können diese Apparate
auf keine Weise kontinuierliche Angaben liefern. . Der beschriebene Apparat ermöglicht
hingegen, durch die Flüssigkeitssäule Luft zu schicken, ohne sie zu bremsen und
ohne Rücksicht auf die Leistung. Überdies enthält der Apparat kein Rückschlagventil.
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5. Das bekannte Flüssigkeitsmanometer wird so ausgebildet, daß es
zu jedem Augenblick ein verkleinertes, wirkliches und treues Abbild des zu beobachtenden
Behälters liefert.
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6. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in der Industrie, in der
Luftschiffahrt, bei Automobilen, bei unter Druck stehenden und nicht unter Druck
stehenden Behältern usw. benutzt werden.