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Lagenanzeiger für bewegliche, mit `einem Magneten verbundene Körper
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anzeigen der Lage eines beweglichen
Körpers, der von der Anzeigevorrichtung räumlich getrennt ist. Zwischen dem beweglichen
Körper und dem Lagenanzeiger kann beispielsweise eine undurchsichtige Wand liegen;
in diesem Falle läßt der Lagenanzeiger die Lage des für den Beobachter unsichtbaren
Körpers erkennen.
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Vorrichtungen dieser Art werden z. B. für die Wasserstandsanzeige
von Höchstdruckdampfkesseln benötigt, deren Wasserstandsrohre wegen der hohen Drücke
und Temperaturen nicht aus durchsichtigen Werkstoffen hergestellt werden können.
Man hat zur Lösung dieser Aufgabe versucht, auf ein druck-und temperaturfestes (undurchsichtiges)
Rohr am Kessel eine Spule aufzuwickeln und in dem Rohr einen mit einem Schwimmer
fest verbundenen Eisenkern zu führen. Die Induktiv ität der Spule hängt ab von der
Eintauchtiefe des Kerns und damit vom Wasserstand. Die Spule wird über ein Amperemeter
vom Wechselstromnetz erregt; der Strom ist der Induktivität umgekehrt proportional
und damit ein Maß für .die Höhe des Wasserspiegels im Kessel. Doch haben diese und
ähnliche Vorrichtungen den Nachteil, daß die Anzeige von der Netzspannung unabhängig
ist, wenn deren Schwankungen nicht durch besondere Schaltungen kompensiert werden.
Auch macht die Isolation der Spule auf dem heißen Rohr Schwierigkeiten.
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Die Erfindung besteht darin, .daß längs des Weges des Körpers mechanisch
oder elektromagnetisch zu Schwingungen erregte Stahlzungen angeordnet sind und einzelne
Zungen durch ein Magnetfeld verstimmt werden, das mit dem beweglichen Körper verbunden
ist. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, :daß keine Teile vorhanden sind, die
durch den hohen Druck oder die hohen Temperaturen gefährdet werden, so daß eine
hohe Zuverlässigkeit erreicht wird. Es sind auch. keine wesentlichen Stromquellen
erforderlich, deren Versagen zum Stillsitzen der Anzeigevorrichtung führen könnte.
Der Lagenanzeiger ist daher zuverlässig und betriebssicher und erhöht die Betriebssicherheit
der ganzen Anlage.
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Eine weitere Einzelheit der Erfindung besteht darin, daß die Zungen
auf Resonanz mit der Erregerfrequenz abgestimmt sind. Die Eigenfrequenz der Zungen
kann höher liegen als die Erregerfrequenz, so,daß sie durch das Magnetfeld auf die
Erregerfrequenz vertieft wird. Sämtliche Zungen können auf die gleiche Frequenz
abgestimmt sein. Um die Wirkung des Lagenanzeigers von geringen Schwankungen der
Erregerfrequenz unabhängig
zu machen, können die Zungen in Gruppen
zusammengefaßt sein, wobei in jeder Gruppe beispielsweise eine Zunge auf die Betriebsfrequenz,
eine oder mehrere Zungen auf eine höhere und eine oder mehrere Zungen auf eine tiefere
Nachbarfrequenz abgestimmt sind. Der Lagenanzeiger kann in üblicher Weise auch zur
Erzeugung von Licht- oder Tonzeichen eingerichtet werden, indem die Zungen zwischen
Kontakten von Signalstromkreisen schwingen. Die Empfindlichkeit des Lagenanzeigers
-wird gesteigert, wenn die Zungen eine kleine Richtkraft besitzen.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen.
Abb. i zeigt den Lagenanzeiger schematisch; Abb. a zeigt im Teilquerschnitt die
Einrichtung zum elektromagnetischen Erzeugen der Schwingungen der Stahlzungen; Abb.
3 zeigt das Schwingungsbild der Stahlzungen bei einer Verstimmungsart, Abb. 4 desgleichen
bei einer anderen Verstimmungsart; Abb. 5 zeigt schematisch im Querschnitt einen
Hochdruckkessel mit einem Lagenanzeiger gemäß .der Erfindung.
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Der bewegliche Körper i, beispielsweise ein Schwimmer, ist@rniteinem
magnetischen Kreis a fest verbunden, der permanent oder durch Strom erregt sein
kann. Eine längs des Körperweges angeordnete Leiste 3 trägt Stahlzungen 4 mit Fahnen
5. Die Zungen sind beispieisweise von dem beweglichen Körper durch eine undurchsichtige,
jedoch aus einem unmagnetischen Stoff bestehende Wand getrennt. Die Zungen -werden
mechanisch oder elektromagnetisch zu niederfrequenten Schwingungen erregt. Die elektromagnetische
Erregung (tann entweder für jede Zunge einzeln nach Hartmann-Kempf oder gemeinsam
durch Schwingen der Leiste 3 nach F r ah m erfolgen. In Abb. ?, ist eine Vorrichtung
zur gemeinsamen Erregung der Zungen dargestellt. Die die Zungen 4, 5 tragende Leiste
3 ist mit einer zweiten Leiste 7 und mit einem Anker 8 verbunden, die gemeinsam
auf einer nachgiebigen Membran befestigt sind. Der Anker 8 wird von dem Feld der
Spulen 9 mit der Frequenz des Erregerstromes in Sch-vingungen versetzt.
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Die Zungen 4 können beispielsweise auf die Frequenz des Erregerstromes
abgestimmt sein; sie schwingen dann mit der Resonanzamplitude. Die Fahnen 5 erscheinen
beim Schwingen als breite Streifen, wie in Abb, 3 unter a und b dargestellt. Die
Eigenfrequenz der Zungen wird bestimmt durch ihr Trägheitsmoment und ihre Richtkraft.
Die Richtkraft derjenigen Zungen, die sich gerade im Feld des mit dem beweglichen
Körper verbundenen Magneten z bewegen, wird durch die magnetische Kraft verkleinert.
Die Eigenfrequenz dieser Zungen wird dadurch vertieft und ihr Ausschlag verkleinert,
und zwar um so mehr, je stärker die Verstimmung ist, wie das beispielsweise unter
b in Abb. 3 dargestellt ist. Die j eweilige Lage des Magneten 2, also des beweglichen
Körpers, i, kann nach der Lage des Minimums der Amplitudenkurve der Fahnen abgelesen
werden.
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Die Zungen können aber auch so abgestimmt sein, daß ihre ungestörte
Eigenfrequenz höher liegt als die Erregerfrequenz. In diesem Falle erscheinen die
urnbeeinflußten Zungen als schmale Streifen, wie an den beiden Enden des Fahnenbildes
nach Abb. 4 ersichtlich ist. Bei richtiger Abstimmung kann die Eigenfrequenz der
im Feld des Magneten schwingenden Zungen in die Nähe der Resonanz fallen, so daß
die Fahnen vor dem Magneten - als breite Streifen erscheinen, wie aus der Mitte
des Fahnenbildes nach Abb. ,a. erkennbar.
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Die Zungenschwingungen -werden um so kräftiger verstimmt, je größer
die magnetische Störkraft im Verhältnis zur Richtkraft der Zungen ist. Es ist daher
zweckmäßig, Zungen mit einer kleinen Richtkraft und kleinem Trägheitsmoment zu verwenden,
also kurze Zungen mit geringer Elastizität. Dies gilt insbesondere dann, wenn nur
schwache magnetische Felder zum Verstimmen der Zungenschwingungen zur Verfügung
stehen.
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Die Wirkung des Lagenanzeigers hängt lediglich von dem A.mplitudenverhältnis
der gestörten und ungestörten Zungen ab. Infolgedessen sind Spannungsschwankungen
des Netzes bei elektromagnetischer Erregung ohne Einfluß auf den Lagenanzeiger.
Dagegen können größere Frequenzschwankungen des Netzes die Anzeigen undeutlich machen.
Ist die Frequenzkonstanz des Netzes gut, so genügt eine Dämpfung der Zungen, um
die Wirkung des Lagenanzeigers von der Frequenz unabhängig zu machen. Schwankt jedoch
die Netzfrequenz stark, so empfiehlt es sich, nicht sämtliche Zungen auf die gleiche
Frequenz abzustimmen, sondern sie in Gruppen zusammenzufassen, wobei in jeder Gruppe
etwas voneinander abweichende Frequenzen zur Anwendung kommen, Beispielsweise bei
einer Netzfrequenz von 5o Hertz kann jede Gruppe aus drei Zungen bestehen, von denen
eine auf 49,5, die zweite auf 50 und die dritte 5o,5 Hertz abgestimmt ist.
In diesem Failschwingt in jeder Gruppe stets mit Sicherheit eine Zunge in Resonanznähe,
so daß geringe Frequenzschwanktungen des Netzes nicht die Wirkungsweise des Lagenanzeigers
beeinträchtigen können.
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In Anwendung des Erfindungsgegenstandes
auf einen
Hochdruckkessel io wird in einem Röhr 13 aus druck- und temperaturbeständigem, unmagnetischem
Stoff ein Schwimmer i vorgesehen, der mit einem permanenten Magneten, z. B. einem
Hufeisenmagneten, starr verbunden ist. Das Rohr r3 ist mit dem Kessel durch die
beiden Rohre i i und 1a verbunden. Außerhalb des Rohres ist eine Leiste mit einer
Skala 1q. und der Zungenreihe q. vorgesehen.
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Der Lagenanzeiger kann auch für eine Fernanzeige eingerichtet sein,
wenn man beiderseits der Zungen feste Kontakte anordnet. Beim Schwingen werden dieseKontakte
durch die Zungen geschlossen, so daß in den Stromkreisen Stromstöße entstehen, durch
welche Signalvorrichtungen, beispielsweise Glühlampen oder Klingeln o. dgl., geschaltet
werden. Bei einer Beeinflussung durch das Magnetfeld werden die Stromkreise der
gestörten Zungen unterbrochen und die zugeordneten Licht- oder Tonsignale ausgeschaltet,
beispielsweise die Lampen zum Erlöschen gebracht.
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Der Erfindungsgegenstand kann in allen Fällen angewendet werden, wo
Lagenveränderungen eines Körpers fernangezeigt werden sollen, beispielsweise bei
Fahrstühlen und Förderanlagen.