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Vorrichtung zur elektrischen Fernmessung des Flüssigkeitsstandes in
Flüssigkeitsbehältern
Die elektrische Fernübertragung des Flüssigkeitsstandes in
Behältern erfolgt im allgemeinen durch Schwimmervorrichtungen., die einen vorzugsweise
außerhalb des Behälters angeordneten Widerstandsferngeber in Abhängigkeit von der
Schwimmerstellung verstellen. Die beiden bekanntesten *X.usführungsformen dieser
Art sind die Bauart mit Hebel schwimmer, bei der eine Verstellung des Widerstandsgebers
durch eine Kegelradübersetzung erfolgt, wobei der Hebel, an dem der Schwimmer in
einer vertikalen Ebene ausschwingen kann, an einem Kegelrad befestigt ist, und noch
die gebräuchlichere Bauart, bei der die Änderung der Schwimmerstellung durch eine
in einem Führungsrohr schraubenförmig angebrachte Nut in einer darin geführten,
seitlich am Schwimmer angebrachte Rolle in eine Drehbewegung umgesetzt werden.
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Diese Drehbewegung des Schwimmers wird z. B. über eine magnetische
Kupplung nach außen auf einen Widerstandsfernsender übertragen. Die erstgenannte
Ausführungsform hat den Nachteil, daß für verschiedene Behältertypen Geber mit verschieden
langem Hebelarm vorgesehen werden mußten.
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Die Geräte werden dadurch sperrig und der Einbau macht besonders
bei beschränkten Raumverhältnissen Schwierigkeiten. Außerdem sind die Reibungsmomente
der tSbertragungsglieder trotz des verhältnismäßig hohen Drehmoments sehr groß.
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Die zweite Bauart hat dagegen den Nachteil, daß
zu
jeder Behältertiefe eine besondere schraubenförmige Nut mit der höchsten Präzision
im Führungsrohr hergestellt werden muß. Außerdem sind die Drehmomente bei diesem
Geber so gering, daß alles getan werden muß, um die vorhandenen Reibungen in den
Lagern und an den Kotltaktbürsten so klein wie nur möglich zu halten. Infolgedessen
ist dieser Geber sehr empfindlich, und es können leicht Stellungsfehler der beweglicllen
Bürste eintreten. Die Konstruktion der Schwimmerführung in einer Nut einerseits
und auf einer VierkantacNyse andererseits bringt es mit sich, daß die Umwandlung
der Hubbewegung des Schwimmers in eine Drehbewegung, besonders wenn noch ein elastisches
Zwiscbenglied in Form einer magnetischen Kupplung vorhanden ist, ein beträchtliches
Spiel oder einen toten Gang der Ferusenderstellung verursacht.
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Es sind aber auch Bauarten bekanntgeworden, bei denen der Widerstandsgeber
direkt im Behälter angeordnet ist und in die Flüssigkeit eintaucht. Bei einigen
Ausführungsformen, die für elektrisch leitende Flüssigkeiten bestimmt sind, wird
die Flüssigkeit selbst entweder als Zuleitung oder als Kurzschlußbügel verwendet.
Es ist eine derartige Ausführung bekanntgeworden, bei der eiff als Spirale auf einem
Träger aufgewickelter Wider: standsdrabt direkt in die elektrisch leitende Fliissigkeit
eintaucht. Bei Behältern für elektrisch nicht leitende Flüssigkeiten werden aber
Schwimmer verwendet. Es ist eine Ausführungsform bekannt, bei der der Schwimmer
an zwei parallel ausgespannten Drähten, und zwar einem Kontaktdraht und einem Widerstandsdralt,
mittels Schleifkontaktfeder entlang gleitet und sie leitend verbindet. Die Nachteile
dieser Bauart bestehen darin, daß sie nur für Behälter mit großer Tiefe vernhrendet
werden kann, um bei dem aus baulichen Gründen noch zulässigen Mindestdurchmesser
des Widerstandsdrahts den für die Meßeinrichtung erforderlichen Widerstand herzustellen.
D ieFührung des Schwimmerabgreifers an diesen angespannten Drähten ist meistens
ungeniigend und sehr schwierig durchzuführen. Die Betriebssicherheit eines solchen
Gebers ist gering, da insbesondere bei Schräglage des Flüssigkeitsspiegels eine
starke Neigung zum Verklemmen des Schwimmers besteht. Eine Verbesserung der Führung
mittels Vierkantstange oder besonderer :Eiührungsschiene erhöht den Aufwand, ohne
jedoch besondere Vorteile zu bringen. Diese Ausführungsform ist insbesondere nicht
für Fahrzeuge brauchbar, bei denen starke Erschütterungen auftreten.
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Der Gegenstand der Erfindung betrifft nun die Verbesserung einer
solchen Fernmeßeinrichtung zur Anzeige des Flüssigkeitsstandes mit Schwimmer und
einem in die Flüssigkeit eintauchenden Flüssigkeitsferngebef, die insbesondere für
die Brennstoffbehälter von Kraftfahrzeugen und Flugzeugen geeignet ist und die all
die Nachteile der bekannten .Nnordnungen vermeidet, Erfindungsgemäß werden auf einem
Stab aus Isoliermaterial zwei oder mehr blanke Drähte in Form eines zwei oder mehrgängi'Sen
Gewindes mit geringer Steigung nebeneinander gewickelt, wobei der Schwimmer, der
mit Hilfe einer Führungsöffnung unmittelbar auf 4em Stab gleitet, sich frei um seine
Achse drehen kann, und mit einem einfachen oder mehrfach unterteilten ringförmigen
Abgreifer versehen ist. Der Isolierstab kann beispielsweise mit kreisrundem Querschnitt
und der Schwimmer mit einer runden Führungsöffnung ausgeführt werden; hierbei kann
sich der Schwimmer frei um seine Achse drehen. Der Stab kann jedoch auch den Querschnitt
eines gleichseitigen Vielecks (Dreieck, Quadrat, Sechseck) und der Schwimmer sinngemäß
eine entsprechende Führung haben. Bei der letzteren Ausführung wirdfür die Aufbringung
der Drähte ein mehrgängiues Gewinde derart auf den Stab aufgeschnitten, daß jeweils
nur die Ecken. angeschnitten werden, während die Seiten glatt bleiben, Von den Drähten
ist mindestens einer aus Widerstandsmaterial hergestellt, und gewöhnlich dient ein
zweiter Draht als Kontaktdraht und besteht aus gut leiten dem Material.
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Durch die Aufwicklung der Drähte ist es möglich, auch bei kleinen
Längen des Geräts mit normalen Widerstandsdrähten genügend große Widerstandswerte
zu erhalten. Die Tatsache, daß auch ein sehr großer Widerstand in dem Potentiometer
untergebracht werden kann, wirkt sich besonders günstig auf das Drehmoment der angeschlossenen
Anzeigegeräte aus. Der ringförmige Abgreifer, der sowohl die in gleicher Ebene liegenden
als auch die unmittelbar übereinanderliegenden Teile der Drahtwicklungen verbindet,
ergibt eine sehr große Sicherheit in der Kontaktgabe. Der Abgreifer ist in der unteren
Hälfte des Schwimmers so angeordnet, daß er in die Flüssigkeit vollkommen eingetaucht
ist.
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Durch diese Verlegung des Abgreifers unter den Flüssigkeitsspiegel
werden von vornherein die Gefahren der Funkenbildung auch bei der Verwendung des
neuen Geräts in Flüssigkeiten, die im dampffö.rmigen Zustand und bei Vorhandensein
genügender Sauerstoffmengen brennbar sind, wie z. B.
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Benzin, Benzol, Öl usw., vermieden. Durch die Bemessung des Widerstands
wird der Meßstrom außerdem so klein gehalten, daß durch die Erhitzung der Meßdrähte
keine Gefahren entstehen können. Der Meßstrom liegt in allen praktischen Fällen
unter IoomA; außerdem liegen die in Kraftfahrzeugen und in, Flugzeugen verlvendeten
Meßspannungen etwa zwischen 6 und 24 V. Diese Spannungen genügen nicht, um den Potentiometerdraht
bei Schaltfehlern, bei denen die gesamte Spannung an beiden Enden des Drahts liegen
würde, zum Glühen zu bringen.
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In besonderen- Fällen ist es erforderlich, an der Gebervorrichtung
zusätzliche Kontakte für die Betätigung von Warneinrichtungen, Schaltgeräten, Relais
u. dgl. anzubringen. In einer Weiterentwicklung des Gegenstands der Erfindung wird
es dadurch erreicht, daß man an Stelle einer zweigängigen Drahtwicklung eine dreigängige
verwendet, von der eine als Widerstandsdraht, die zweite als Kontaktdraht und die
dritte als ein mehrfach unterbrochener Kontaktdraht aufgebracht wird. Durch die
Unterbrechung des dritten Kontak-
drahts werden die Kontakte für
verschiedene Warnbereiche hergestellt. Der Schwimmer, die Schwimmerführung und der
Abgreifer sind dabei genau so ausgeführt wie bei der oben beschriebenen Anordnung.
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In der Abb. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Geräts gezeigt.
Auf dem Isolierstab I sind 4 Drähte, der Kontaktdraht 2, der Widerstandsdraht 3
und die beiden als Warukontakte dienenden Drähte 4 und 5 als dreigängiges Gewinde
aufgebracht. Der Schwimmer 6 ist ein ringförmiger Körper, der mit seiner Öffnung
7 auf dem Stab I gleiten kann. Im unteren Teil des Schwimmers 6 befindet sich der
ringförmige Abgreifer S, der mit seinen zahlreichen Schleifbürsten 9 die beiden
Drähte 2, 3 und 4 oder 5 überbrückt. Der Isolierstah I wird durch das Behältergehäuse
hindurchgeführt und an demselben mit Hilfe der Befestigungspiatte 10 befestigt.
Der Kopfteil II des Gebers ist mit zwei Steckern I2 und I3 zum Anschluß der Leitungen
für das MeRgerät und für die Warneinrichtung versehen.
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In der Abb. 2 ist ein Schaltungsbeispiel dieser Ausführungsform nach
Abb. I gezeigt. Der Widerstandsdraht 3 und der Kontaktdrabt 2 sind mit einem Quotientenmeßgerät
14 in einer bekannten Schaltung verbunden. Die dritte Wicklung besteht aus den beiden
Kontaktdräbten 4 und 5, die zur Betätigung der Waruvorrichtungen 15 und I6 dieneii.
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Die Schleifbürsten g des Abgreifers 8 des Schwimmers 6 verlinden in
jeder Stellung den Kontaktdraht 2 mit dem Widerstandsdraht 3 und in den Warnbereichen
auch mit dem Kontaktdraht 4 oder wie in der Zeichnung beispielsweise mit dem Draht
5.
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Für bestimmte Fälle sind Gebergeräte erfordersich, bei denen zwei
oder mehrere voneinander vollständig getrennte Stromkreise rorhallden sein sollen,
beispielsweise ein erster Stromkreis für die Fernanlzeige und ein zweiter Stromkreis
für die Betätigung der Warneinrichtung usw. Die bisher beschriebenen Anordnungen
werden in diesem Fall in zwei oder mehrere exzentrisch in den Stab eingeschnittene
Gewindepaare aufgelöst. Für zwei Stromkreise ist beispielsweise das in der Abb.
3 und 3a gezeigte viergängige Gewinde erforderlich, von dem jeweils zwei Gänge 21
und 22 gegenüber den beiden anderen 23 und 24 exzentrisch in den Stab I eingeschnitten
und um 1800 versetzt sind.
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Auf diese Weise wird erreicht. daß die zu jedem Stromkreis gehörenden
Drähte nur auf rund I00° des Stabumfangs an der Oberfläche des Stabes liegen. während
der Rest in den Rillen verdeckt läuft. Der im Schwimmer 6 angebrachte Abgreifer
8 ist iii diesem Fall in einzelne voneinander isolierte Sektoren 26 aufgeteilt.
Der Abgriff geschieht wie bei den vorherigen Anordnungen so. daß durch die Sektoren
des Abgreifers die an der Oberfläche des Stabes liegenden benachbarten Teile der
Drahteviclilungell miteinander leitend verbunden werden.
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Durch die Aufteilung des Abgreifers in einzelne Sektoren wird erreicht,
daß sich der Schwimmer auch in diesem Fall frei um die Achse bewegen kann und Kurzschlüsse
zwisdn den beiden Stromkreisen vermieden werden. Diese Anordnung läßt sich auch
beispielsweise für drei getrennte Stromkreise ausführen, wobei erfindungsgemäß die
exzentrischen Gewindepaare um I200 gegeneinander versetzt sein müssen und die Drähte
auf etwa 600 des Stabumfangs an der Staboberfläche liegen.
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In der Abb. 3a ist der Geber im Schnitt.4-B gezeigt.
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In der Abb. 4 ist eine Schaltmöglichkeit für Gebergeräte nach Abb.
3 dargestellt. Der Kontaktdraht 21 und der Widerstandsdraht 22 sind mit einem Quotientenmeßgerät
14 in bekannter Weise zusammengeschaltet. Der Kontaktdraht 23 und die Warnkontakte
24 und 25 bilden einen vom Meßkreis vollständig getrennten Stromkreis, der zur Betätigung
der Warneinrichtungen 27 und 28 dient.
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Das Gerät nach Abb. I kann ohne weiteres auch in elektrisch leitenden
Flüssigkeiten verwendet werden; hierbei würde der Abgriff außer durch den Abgreifer
des Schwimmers auch durch die Flüssigkeit geschehen. Für den verhältnismäßig selten
vorkommenden Fall kann das gleiche in Massenfertigung hergestellte Gerät ohne konstruktive
Änderung verwendet werden. Mehrere getrennte Stromkreise können dann allerdings
nicht untergebracht werden; es ist nur wahlweise ein Stromkreis für Fernanzeige
oder ein Stromkreis für Warneinrichtungen möglich.