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Schaltvorrichtung für druckluftbelastete Flüssigkeitsakkumulatoren
Für druckluftbelastete Flüssigkeitsakkumulatoren sind Schaltvorrichtungen zum selbsttätigen
An- und Abstellen der Preßwasserpumpen, zum Schließen des Abflußventiles bei sinkendem
niedrigstem Wasserstand, zum üffnen des Abflußventiles bei wieder steigendem niedrigstem
Wasserstand, zum Sichtbarmachen des jeweils im Druckwasserbehälter herrschenden
Wasserstandes unter Benutzung von elektrischem Strom, elektrischen Apparaten und
Stromleitungen bekannt.
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Zur Beherrschung aller dieser Vorgänge ist es notwendig, durch besondere
Vorrichtungen die im Innern des unter hohem Druck stehenden geschlossenen Druckwasserbehälters
sich abspielenden Vorgänge betriebssicher nach außen zu übertragen und von hier
aus die einzelnen, zum Teil größere Kräfte beanspruchenden Steuerungsmaßnahrnen
zu tätigen.
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Die rein mechanische Vorrichtung, bei der ein im Innern befindlicher
Schwimmer mittels einer Welle seine Bewegung und seine Kräfte nach außen überträgt,
erwies sich als unsicher und ungenau. Der fast unzugängliche Schwimmer mußte sehr
groß sein und nahm einen erheblichen Teil des I;otbaren Behältervolumens für sich
in Anspruch. Infolge der wechselnden Reibung der Welle in den Stopfbüchsen und der
daraus entstehenden wechselnden Eintauchtiefe des Schwimtners konnten die bestimmten
Schaltpunkte nicht eingehalten werden. Zur Verbesserung dieser Vorrichtung wurde
der Schwimmer von größerer Kraftabgabe durch Anbringen von elektrischen Kontakten
an der außen vorstehenden Welle entlastet, von denen aus die einzelnen Schaltvorgänge
elektrisch umgeleitet wurden. Die durch die Wellenreibung bedingte Unsicherheit
blieb aber bestehen.
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Bei dem durch die Höhenlage des Wasserstandes bedingten wechselnden
Luftdruck wurden auch Manometer verwendet, deren Zeiger Kontakte für die Einleitung
der Steuervorgänge schließen. Bei hohenWasser-und Luftdrücken sind die Manometer
bekanntlich ungenau und werden mit der Zeit lahm. Durch die schleichende Bewegung
der Zeigerkontakte tritt außerdem eine frühzeitige Unbrauchbarkeit ein.
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Uni die Höhenlage des Wasserstandes zu benützen, wurde in einer besonderen
Röhre eine mit dem Wasserspiegel verhältnismäßig steigende und fallende, unter Strom
stehende Ouecksilbersäule benutzt, deren Oberflächenspiegel an festgesetzten Punkten
elektrische Kontakte berührt und dadurch die betreffenden Schaltvorgänge schaltet.
Die Quecksilbersäule wird bei längerem Gebrauch an ihrem wirksamen Spiegel durch
Schmutz und Ouecksilberoxvd ungünstig beeinflußt, und die Kontakte brennen in der
sie umgebenden Luft, besonders bei der schleichenden Bewegung des Quecksilbers,
leicht ab.
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Ferner ist eine rein elektrische Steuervorrichtung bekannt geworden,
bei der in einer
mit dem Druckwasserbehälter kommunizierend verbundenen
besonderen Röhre eine mit dem Wasserspiegel des Druckwasserbehälters gleich oder
verhältnismäßig steigende, nicht unter Strom stehende Flüssigkeitssäule vorhanden
ist, die auf ihrer Oberfläche einen freien, an nichts gebundenen Schwimmer trägt.
Dieser Schwimmer oder die Wassersäule selbst soll je nach der Höhenlage drahtlos
auf außerhalb der Röhre befindliche Stromkreise elektrisch oder elektrooptisch derart
einwirken, daß an den betreffenden Stellen der entsprechende Schaltungsvorgang stattfindet.
Diese Vorrichtung hat den Mangel, daß sie für einigermaßen höhere Akkumulatordrücke
schwer verwendbar ist. Die Technik hat für eine Röhre mit hohem, die Rohrwand stark
auf Zug beanspruchenden inneren Druck zur Zeit kaum einen Baustoff, der elektrisch
und magnetisch vollständig neutral ist oder sogar noch durchsichtig sein soll und
dabei mit sehr dünner Wandstärke auszuführen ist, um eine verwendbare elektrische
Wirkung überhaupt zu erzielen. Die Gefahr eines Bruches dieser Röhre nebst deren
unübersehbaren Folgen dürfte die Verwendung bei höheren Akkumulatordrücken erschweren.
Zur drahtlosen Übertragung der Bewegungen aus dem Rohr nach außen dürfte auch nicht
jede beliebige Stromart mit beliebiger Spannung verwendet werden können. Bei Verwendung
von Kontakten, die durch eine leitende Flüssigkeit oder auch durch einen metallischen
Schwimmer geschlossen werden sollen, müßte mit dem Oxydieren der Kontakte und der
Überbrückungsflüssigkeit gerechnet werden, und es würde hiermit ebenfalls zu empfindlichen
Betriebsstörungen kommen können.
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Aus dieser Reihe von Vorrichtungen ist zu entnehmen, wie schwierig
es ist, die Bewegung der Wassersäule eines Druckluftakkumulators nach außen zu dem
Zwecke zu übertragen, den Akkumulator richtig und auf die Dauer sicher zu steuern.
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Um die bestehenden Mängel bzw. Schwierigkeiten zu beseitigen, wird
auf eine mechanisch-elektrische Vorrichtung zurückgegriffen und zur Einleitung der
Übertragungsvorgänge je eine Taucherglocke mit einem luftleeren, geschlossenen Ouecksilberkippschalter
verwendet, wobei sowohl Taucherglocken, Kippschalter als auch Kombinationen von
Schwimmern mit Kippschaltern an sich als bekannt vorausgesetzt sind.
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Erfindungsgemäß wird der Kippschalter und die mit ihm in bekannter
Weise verbundene Taucherglocke von einem Gehäuse getragen, das gleichzeitig in seinem
Innern in einer Glasisolation die nach außen führenden Drähte für die elektrische
Steuerung trägt. In bestimmter Höhenlage wird das ganze Gehäuse in die durchbohrte
Wand des Druckwasserbehälters oder in bekannter Weise in die durchbohrte Wand eines
seitlichen, oben und unten mit dem Druckwasserbehälter verbundenen Rohres, ähnlich
einer Einsatzpatrone eingesetzt. Die vom steigenden oder fallenden Wasserspiegel
gehobene oder gesenkte Taucherglocke legt nur einen kleinen Weg zurück und wird
dann festgehalten. Der Schalter macht nur eine kleine Kippbewegung, wobei die in
ihm befindliche geringe Menge Quecksilber die Kontakte nicht schleichend, sondern
plötzlich verbindet oder trennt. Dieser Schalter wirkt stets genau und sicher, er
wird nicht lahm, Schmutz oder Ouecksilberoxyd kann nicht an die kontaktgebenden
Teilz kommen, und wegen der Luftleere können sie auch nicht verbrennen. Da der kleine
hohle Körper des Schalters nur äußeren Druck erleidet und Glas auf Druck, nicht
aber auf Zug eine hohe Festigkeit hat, so ist die notwendige Herstellung des Schaltkörpers
aus Glas mit dem hohen Druck entsprechenden stärkeren Wandungen technisch einwandfrei
richtig und gefahrlos. Die beiden elektrischen Drähte sind an dem einen Ende in
dem Schaltkörper und am anderen, nach außen führenden Ende in einen Glaspfropfen
eingeschmolzen, während der mittlere, biegsame und der Kippbewegung folgende Drahtteil
gegen die Flüssigkeit sicher isoliert ist. Dem kleinen leicht beweglichen Kippschalter
entsprechend ist die mit ihm verbundene Taucherglocke, die sich immer wieder mit
Luft füllt, ebenfalls sehr klein und kann daher niemals versagen. Die Wandstärke
der Taucherglocke wird im Gegensatz zu der eines hohlen Schwimmers durch den Akkumulatordruck
nicht beansprucht, wodurch bei gleichen äußeren Volumen die Taucherglocke einen
größeren Auftrieb erhält als der Schwimmer. Die Einsatzpatrone erlaubt die rasche
und sichere Prüfung der Vorrichtung außerhalb des Druckwasserbehälters im Freien
nebst der an sie angeschlossenen -weiteren Ltbertragung, gleichgültig, ob der Akkumulator
stillsteht oder in Betrieb ist. Die Stopfbüchsenreibung der bis jetzt angewendeten
Schwimmerachsen ist beseitigt. Für den Kippschalter kann jede beliebige Stromart
und Spannung verwendet werden. Unsichere, unter hohem Druck stehende Rohre aus elektrisch
und magnetisch neutralem Baustoff sind nicht vorhanden.
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An Stelle der Taucherglocke kann in gewissen Fällen auch ein an sich
bekannter Schwimmer verwendet werden.
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In der Zeichnung stellen beispielsweise dar:
Abb.
i die im Luftraum gesenkte Taucherglocke mit dem geneigten Kippschalter, das kontaktgebende
Quecksilber berührt nur einen Pol, Abb. :2 die im Wasserraum gehobene Taucherglocke
mit dem annähernd waagerecht liegenden Kippschalter, das kontaktgebende Quecksilber
berührt beide Pole, Abb. 3 den Querschnitt a-b nach Abb. i, Abb. d. den Längenschnitt
des stehenden Druckwasserbehälters mit eingebauten Kippschaltern.
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Die Taucherglocke i ist mit dem Arm a auf der im Gehäuse 3 befestigten
dünnen Welle 4. drehbar gelagert. An dem Arm z ist der hohle zuggeschmolzene luftleere
Kippschalter 5 befestigt, in den nach außen führend zwei Kontaktdrähte 6 und 7 eingeschmolzen
sind. Im Innern des Kippschalters befindet sich eine kleine Menge Quecksilber 8,
die je nach der Lage des Kippschalters die beiden Drähte 6 und 7 elektrisch trennt
oder verbindet. Die Drähte 6 und 7 sind in einen gegen den Akkumulatordruck im Gehäuse
3 abgedichteten Glaspfropfen 9 eingeschmolzen und führen nach außen zu den bekannten
elektrischen Apparaten, die die in der Einleitung genannten Steuervorgänge und Wasserstandsanzeigen
in an sich bekannter Weise bewirken.
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Am Druckwasserbehälter io sind beispielsweise an drei Stellen i i,
i-2 und 13 die Kippschalter mit Taucherglocken eingesetzt. Wird angenommen,
daß die Anlage in regelrechtem Betrieb und der Druckwasserspiegel bis zur Stelle
1d. gekommen ist, dann sind die Taucherglocken an den Stellen i i und 12 gehoben,
die Drähte 6 und 7 sind durch die Quecksilberfüllung 8 stromleitend verbunden, die
betreffenden Lampen zur Sichtbarmachung der Wasserfüllung leuchten; die Taucherglocke
an der Stelle 13 ist in ihrer gesenkten Lage, der zugehörige Stromkreis ist geöffnet.
Steigt der Druckwasserspiegel bis zur Stelle 15, dann hebt sich auch die Taucherglocke
an der Stelle 13, die betreffende Lainpe leuchtet auf, und die Preßwasserpumpen
werden in bekannter Weise abgestellt. Sinkt der Druckwasserspiegel von der Stelle
15 bis zur Stelle 16, dann werden nacheinander durch das Sinken der betreffenden
Taucherglocken die Lampe der Stelle 13 gelöscht, die Preßwasserpumpen wieder angestellt,
die Lampe der Stelle 1a gelöscht, die Lampe der Stelle i i gelöscht und das Abflußventil
geschlossen, damit keine Druckluft nach den Arbeitsmaschinen gelangen kann. Steigt
der Druckwasserspiegel wieder über die Stelle i i hinaus, dann hebt sich deren Taucherglocke,
die betreffende Lampe leuchtet, und das Abflußventil wird wieder geöffnet.