DE533325C - Sicherheitsvorrichtung an elektrisch beheizten Fluessigkeitsgefaessen - Google Patents

Description

Die Erfindung verfolgt den Zweck, den Heizstrom elektrisch beheizter Flüssigkeitsgefäße auszuschalten oder zu verringern, sowie der Wasserspiegel beginnt, unter einen noch als zulässig erachteten Grenzwert zu sinken. Andererseits läßt sich die Anordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung auch so treffen, daß der Heizstromkreis bei einem gewissen Überdruck unterbrochen wird.

Vorzugsweise jedoch soll eine einzige Vorrichtung nach der Erfindung so ausgebildet werden, daß sie den Heizstrom sowohl bei einem vorher zu bestimmenden Wasserstand als auch bei einem' vorher festzulegenden Überdruck unterbricht oder herabsetzt. Die Vorrichtung kann so gebaut werden, daß nur der eine Effekt erzielt wird, wie auch so, daß die Vorrichtung in den beiden erwähnten Gefahrfällen anspricht. Bei Anwendung

offener und daher nicht unter Druck stehender Gefäße scheidet naturgemäß eine Ausschaltung bei Überdruck aus. Vorzugsweise soll jedoch die Vorrichtung nach der Erfindung an elektrisch beheizten Dampfkesseln von Spielzeugdampfmaschinen angebracht werden.

Die Erfindung beruht auf der bekannten Tatsache, daß ein Magnet beliebiger Art und Erregung einen magnetisierbaren Anker an seine Pole zieht, sobald dieser ihm auf einen genügend kleinen Abstand genähert wird. Es kann auch vorteilhaft erscheinen, den Vorgang so umzukehren, daß man das Bestreben eines beweglich gelagerten Magneten, sich einem ortsfesten Anker zu nähern, ausnützt. Endlich kann man zur Erhöhung der Wirkung statt eines Magneten und eines Ankers in bekannter Weise den Anker durch einen zweiten Magneten ersetzen, wobei natürlich auf richtige Polarität zu achten ist.

In ähnlicher Weise, wie es bereits bei beheizten Flüssigkeitsgefäßen bekannt ist, den Wasserstand anzuzeigen und eine Alarmvorrichtung zu betätigen, lassen bei der Erfindung gewisse Vorgänge im Gefäß (Wasser-Standsänderung, Eintreten von Überdruck)' einen im Gefäß beweglich gelagerten Magneten, der mit einem Schwimmer oder Tauchkörper verbunden oder als solcher ausgebildet ist, eine bestimmte Stellung einnehmen.

Die Verlagerung des Magneten und des an seinen Polen bestehenden magnetischen Kraftfeldes beeinflußt durch die Gefäßwand hindurch eine magnetische oder magnetisierte Kontaktvorrichtung im Sinne einer Stromunterbrechiung, -Schließung oder -regelung.

Es wird daher entweder 1. ein Magnet mit einem im Gefäße befindlichen Schwimmer oder Tauchkörper verbunden, während der zum Magneten gehörende Anker_f der den Kontakt für den Heizstromkreis betätigt, außerhalb des Gefäßes angeordnet wird,

oder 2. der Magnet zur Betätigung des mit ihm verbundenen Kontaktes außerhalb des Gefäßes angeordnet, während der (zweckmäßig als eiserner Hohlkörper ausgebildete) Schwimmer oder Tauchkörper den Anker zu dem Magneten bildet,

oder 3. sowohl in- wie auch außerhalb des Gefäßes je ein Magnet sinngemäß angeordnet.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist die, daß mit sinkendem Wasserstand auch der Schwimmer sinkt und damit der ihm zu-

geordnete Magnet sich mit seinen Polen dem unter den Kessel angeordneten Magnetkontakt nähert. Bei genügender Nähe wird letzterer angezogen und der Heizstromkreis unterbrochen bzw. der Strom herabgesetzt. In sinngemäßer Weise erfolgt auch der Vorgang, wenn der Schwimmer oder Tauchkörper als Anker ausgebildet ist, wobei er und der außerhalb des Gefäßes befindliche ίο Magnet sich gegenseitig beeinflussen, wenn zwei Magnete Verwendung finden. Ist der Schwimmer so ausgebildet, daß mit wachsendem Kesseldruck sein Volumen tatsächlich oder scheinbar abnimmt und damit sein spezifisches Gewicht zunimmt, so sinkt er im Kesselwasser bei richtigem Verhältnis von Gewicht zu Volumen nicht nur mit abnehmendem Wasserstand, sondern auch bei zunehmendem Kesseldruck. Zwei verschiedene Gefahrmomente beeinflussen also den Schwimmer in gleicher Weise. Zur Erzielung dieses Effektes können eine oder mehrere Flächen des Schwimmers membranartig- ausgebildet werden, so daß sie sich unter dem Überdruck nach innen einbiegen, wodurch die Volumenverkleinerung hervorgerufen wird und damit Sinken erfolgt. Der Schwimmer kann auch starr gehalten sein undan einer Stelle, z. B. am Boden, mit einer Tülle versehen sein, die normalerweise mit Luft gefüllt ist. Mit wachsendemDampfdruck wird die Luft immer mehr zusammengedrückt, bis die Kompression jenen Grad erreicht, der den Schwimmer sinken läßt. Dieses Prinzip ist an sich von dem bekannten Spielzeug »Kartesianischer Teufel« her bekannt.

Zum Zwecke der Heizstromregelung bei Überdruck kann auch ein Tauchkörper Verwendung finden, der entweder mit dem Magneten oder dem Anker verbunden ist oder selbst als solcher ausgebildet ist. Zweckmäßig besteht er aus Metall, ist mit Luft gefüllt, und seine Wandungen geben auch bei Überdruck nicht wesentlich nach. Dieser Tauchkörper steigt bei Überdruck im Kessel empor und betätigt hierdurch auf magnetischem Wege einen außerhalb des Kessels liegenden Kontakt bzw. Regler.

Es liegt auch im Sinne der Erfindung, wenn die Ausschaltung oder Reglung des Heizstromkreises bei sinkendem Wasserspiegel in der Weise erfolgt, daß der Schwimmer, statt einen am Kesselboden befindlichen magnetischen Kontakt oder Regler anzuziehen, einen oben am Kessel angeordneten Kontakt losläßt.

Zur Verstärkung der Wechselwirkung

zwischen Magnet und Anker, beziehentlich zwischen Magnet und Magnet, wird erfindungsgemäß der eine Teil des Magnetsystems oder auch beide als Elektromagnet ausgebildet, wobei erfindungsgemäß die Heizspule gleichzeitig als Erregerspule dienen kann.

Die Abbildungen zeigen den Erfindungsgedanken schematisch in einigen beispiels- weisen Ausführungsformen.

Gemäß Abb. 1 enthält ein aus nicht magnetisierbar em Material bestehender Kessel α einen ebenfalls aus nicht magnetisierbar em Material bestehenden Schwimmer b, in dem der Hufeisendauermagnet c mit den Polen iV und 5 eingelötet ist. Der Heizkörper d ist in den Kessel eingelassen. Seine eine Klemme ist direkt mit dem Netz verbunden, die andere über den Quecksilberschalter e. Dieser an sich bekannte Schalter liegt dicht unter dem Kesselboden und arbeitet in der Weise, daß zwei Quecksilberkugeln durch den Eisenstab f unter dem Einfluß der Schwerkraft leitend verbunden sind. Wird der Quecksilberröhre e von oben her ein Magnet genähert, so wird der Eisenstab f von diesem angezogen, wodurch die Verbindung zwischen den Quecksilberkugeln unterbrochen wird. Die Abbildung zeigt den Kessel zu etwa dreiviertel mit Wasser gefüllt Der im Schwimmer angeordnete Magnet befindet sich noch in solcher Entfernung vom Eisenstab f, daß dieser von ihm noch nicht beeinflußt wird. Sinkt der Wasserstand weiter, so nähern sich die Pole des Magneten schließlich so weit dem Eisenstab/, daß die nach oben gerichtete Anziehungskraft des Magneten die nach unten gerichtete der Erde überwindet. In diesem Moment wird f von den Polen N und 6¹ angezogen, wodurch in e der zum Heizelement d führende Strom unterbrochen wird. Falls der Wasserspiegel unter der Nachwirkung des zwar ausgeschalteten, aber noch immer heißen Heizelementes d um einen kleinen Betrag weitersinkt, so sinkt auch der Schwimmer mit, und die Pole N und S vnähern sich um denselben Betrag dem Eisenstab/. Die Anziehung zwischen beiden wird dadurch noch kräftiger; die Ausschaltung bleibt unter allen Umständen weiter bestehen. Abb. 2 zeigt die Vorrichtung in der Ausschaltstellung. Wird dem Kessel nun wieder Wasser zugeführt, so hebt sich der Schwimmer. Hierbei erreichen die PoleiV und S allmählich einen solchen Abstand vom Eisenstab f, daß die Anziehungskraft der Erde die des Hufeisenmagneten c schließlich überwiegt. In diesem Augenblick fällt/ herab und schließt den Heizstromkreis, worauf die Beheizung des Kessels automatisch wieder einsetzt und die Verhältnisse wie gemäß Abb. 1 herrschen, bis ein abermaliges Sinken des Wasserspiegels unter die kritische Linie den Strom wieder unterbricht.

Die Vorrichtung wie auch die im folgenden beschriebenen weisen den großen Vorteil auf,

daß das sogenannte Pendeln des Kontaktes in der Art eines Wagnerschen Hammers, wodurch die Kontaktteile bald verschmoren würden, ausgeschlossen ist. Die Kontaktvorrichtung hat vielmehr die Charakteristik eines sogenannten Momentaus- und -einschalters, der also den Stromkreis plötzlich unterbricht und einschaltet. Dies ist besonders mit Rücksicht auf Gleichstrombetrieb wichtig,

ίο da, genügende Hubmöglichkeit des Eisenstabes / vorausgesetzt, sich kein Lichtbogen von längerer Daiuer ausbilden kann.

Eine andere Ausführungsform desselben Erfindungsgedankens zeigt Abb. 3. Hier ist der Schwimmer b um das an der Kesselstirnwand befestigte Gelenk i in einer Ebene drehbar gelagert, so daß die Pole N und 5¹ in der Ausschaltstellung . dem Eisenstab g, der um h drehbar gelagert ist und mit dem die Quecksilberschaltröhre e verbunden ist, möglichst genähert sind. Hebt sich der Schwimmer b unter dem Einfluß des zugeführten Wassers, so reißt g ab und senkt sich unter dem Einfluß der Anziehungskraft der Erde, wodurch e gehoben wird und durch das in der Abbildung nach links fließende Quecksilber beide Kontakte leitend miteinander verbunden werden, so daß der Stromkreis des in der Abbildung unter dem Kessel angeordneten Heizelementes d wieder geschlossen wird.

Eine andere Vorrichtung, die ein Verkanten oder Verdrehen des Schwimmers b verhindert und damit bewirkt, daß bei gesunkenem Wasserspiegel "die PoleiV und S möglichst günstig über dem mit der Kontaktvorrichtung verbundenen Eisenstab liegen, zeigt die Abb. 4. In dem runden, stehenden Dampfkessel α ist exzentrisch ein Führungsstab k eingezogen, der den Schwimmer b so durchsetzt, daß dieser sich nur an ihm entlang auf- und abwärts bewegen, sich aber nicht um den Stab drehen kann, wodurch erreicht wird, daß die dem Beschauer zugekehrten Pole N und 6* des in diesem Falle liegend im Schwimmer angeordneten Hufeisenmagneten die richtige Lage über dem unter dem Kesselboden angeordneten Kontakt einnehmen, d. h. sich ihm auf möglichst ge-' ringe Entfernung bei gesunkenem Wasserspiegel nähern können. Heizelement undKontakt sind in dieser Abbildung nicht eingezeichnet.

Abb. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens, bei der der Schwimmer b eine geschlossene Eisenkapsel darstellt, die im Messingkessel α schwimmt. Unter dem Boden des Kessels, von dem die Zeichnung nur den unteren Teil zeigt, befindet sich eine Quecksilberschaltröhre in der Art der gemäß Abb. 1 und 2 beschriebenen, die mit einer Spule m umgeben ist. Durch diese fließt ein dauernder Strom, der dem Netz oder einer beliebigen anderen Stromquelle entstammt und im Falle von Gleichstrom an den Enden des Eisenstabes c die Pole N und 5 erzeugt. Solange der Eisenschwimmer sich in gehöriger Entfernung vom Kesselboden befindet, liegt c auf den beiden Quecksilberkugeln und läßt so den nach dem schematisch angedeuteten Heizelement d fließenden Strom hindurch. Im Falle der Abb. 5 hat sich der Schwimmer dem Magneten c so weit genähert, daß dieser an den den Anker bildenden Schwimmer gezogen wird. Der Heizstromkreis wird hierdurch unterbrochen und erst wieder geschlossen, wenn der Schwimmeranker b sich unter dem Einfluß des in den Kessel strömenden Wassers vom Magneten c genügend weit entfernt hat.

Falls bei Überdruck oder Sinken des Wasserspiegels nicht sofort eine Unterbrechung des Heizstromkreises erwünscht ist, sondern nur eine Verringerung des Heizstroms, läßt sich dies in der Weise bewerkstelligen, daß in bekannter Weise parallel zur Kontaktvorrichtung ein Widerstand geschaltet wird. Durch stufenweise Anordnung mehrerer Kontakte außen am Kessel, denen je ein Widerstand parallelliegend zugeordnet ' ist, während die Kontakte unter sich hintereinandergeschaltet sind, kann erreicht werden, daß eine Regelung des Heizstroms proportional dem Wasserstand und umgekehrt proportional dem Druck erfolgt.

Es können statt Quecksilberschaltröhren Kontaktvorrichtungen beliebiger Art verwendet werden. Desgleichen ist eine Anordnung der Kontakte unter dem Kessel nicht unbedingt erforderlich. Die Kontaktvorrichtung kann vielmehr, falls es zweckmäßig erscheint, ebensogut seitlich vom oder auf dem Kessel angebracht werden. Ein Einschließen des Magneten in das Schwimmer- oder Tauchkörpergehäuse gemäß Abb. 1 bis 4 ist ebenfalls nicht unbedingt erforderlich. Er kann auch außen an dem Schwimmer angebracht werden. Der Magnet kann auch selbst als Schwimmer ausgebildet werden, indem er z. B. als Hohlkörper aus Stahlblech aufgebaut wird. Als besonders geeignet erwies sich hierbei ein sogenannter Topf- oder Glockenmagnet, der mit seiner Öffnung nach unten, in der Art einer Taucherglocke, und damit auch mit den beiden Polen nach unten gerichtet im Wasser schwimmt. Die eingeschlossene Luft trägt ihn; sie wird aber bei Überdruck so komprimiert, daß der Magnet nicht nur beim Sinken des Wasserspiegels, sondern auch bei Überdruck sinkt.

Bei Verwendung zweier Magnete ist es gleichgültig, ob diese bei gegenseitiger Annäherung sich im Sinne einer Anziehung oder Abstoßung beeinflussen.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   ι. Sicherheitsvorrichtung an elektrisch beheizten Flüssigkeitsgefäßen zur selbst-. tätigen Unterbrechung oder Regelung des Heizstroms beim Sinken des Wasserspiegels unter einen bestimmten Wert oder bei Überdruck, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Schwimmer oder

   ίο Tauchkörper verbundener oder selbst als Schwimmer oder Tauchkörper ausgebildeter Magnet beliebiger Form und Erregung bei Wasserstands- beziehentlich Druckänderung verlagert wird und die damit verbundene Verlagerung des magnetischen Feldes durch die Gefäßwand hindurch eine magnetische oder magnetisierbare Kontaktvorrichtung außerhalb des "Gefäßes beziehentlich jenseits der Gefäß-

   ao wand im Sinne einer Unterbrechung oder Schließung des Heizstromkreises beziehentlich Regelung des Heizstroms beeinflußt.
2. 2. Sicherheitsvorrichtung an elektrisch beheizten Flüssigkeitsgefäßen zur selbsttätigen Unterbrechung oder Regelung des Heizstroms beim Sinken des Wasserspiegels unter einen bestimmten Wert oder bei Überdruck, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Schwimmer oder Tauchkörper verbundener oder selbst als Schwimmer oder Tauchkörper ausgebildeter Anker beliebiger Form bei Wasserstands- beziehentlich Druckänderung verlagert wird und, sobald die Verlagerung einen bestimmten Wert erreicht, so in das Bereich eines außerhalb des Gefäßes beziehentlich jenseits der Gefäßwand angeordneten, mit einer Kontaktvorrichtung versehenen Magneten beliebiger Form und Erregung gerät, daß dieser sich nach dem Anker zu bewegt und hierdurch das mit ihm verbundene Schalt- oder Regelorgan zwecks Beeinflussung des Heizstroms betätigt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gefäß befindliche Magnet aus Blech aufgebaut wird und so als Schwimm- oder Tauchkörper dient.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer oder Tauchkörper als hohler Eisenkörper ausgebildet ist und so einen Anker für den außerhalb des Gefäßes beziehentlich jenseits der Gefäßwand angeordneten magnetischen Kontakt darstellt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer oder Tauchkörper zur Vermeidung einer unerwünschten Verlagerung durch ein Gelenk (i in Abb. 2>) oder eine Führungsstange (k in Abb. 4) oder eine ähnliche Vorrichtung in einer solchen Lage gehalten wird, die ihm nur eine Bewegung in einer vorgeschriebenen Bahn gestattet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerspule für den im Gefäß oder den außerhalb des Gefäßes liegenden Teil des Magnetsystems oder für beide Teile die Heizspule verwendet wird.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile des Magnetsystems außerhalb des Gefäßes angeordnet sind, jedoch der eine Teil von Flüssigkeit, die mit der im Gefäß kommuniziert, umgeben ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Unterbrechung oder Regelung des Heizstroms bei Überdruck der Schwimmer bzw. Tauchkörper so ausgebildet ist, daß sein Volumen und damit sein Auftrieb bei wachsendem Druck kleiner werden.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer bzw. Tauchkörper mit einer oder mehreren Tüllen versehen ist, die zunächst mit Luft gefüllt sind, sich aber unter dem wachsen- go den Druck unter gleichzeitigem Zusammenpressen der Luft mit Wasser füllen.
10. .10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Oberfläche des Schwimmers bzw. Tauchkörpers als federnde Membranen ausgebildet sind.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Unterbrechung oder Regelung des Heiz-Stromkreises bei Überdruck ein starrer Tauchkörper verwendet wird, dessen Gewicht scheinbar mit wachsendem Druck abnimmt, bis er bei Erreichung eines bestimmten Wertes des Druckes hochsteigt und hierdurch die außerhalb des Gefäßes beziehentlich jenseits der Gefäßwand angeordnete magnetische Schaltvorrichtung betätigt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer oder der als Schwimmer ausgebildete Magnet beziehentlich Anker die Form einer Taucherglocke erhält.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen