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Anzeigevorrichtung für Meßgeräte
Die Erfindung betrifft eine magnetische
Kupplungsvorrichtung für den Gebrauch mit Strömungsmessern oder ähnlichen Geräten,
die ein bewegliches Element hat, das empfindlich ist für Anderungen der Betriebszustände.
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Zweck der Erfindung ist es insbesondere, eine neue und verbesserte
magnetische Kupplungsvorrichtung für den Gebrauch mit Durchflußmessern mit frei
spielendem Schwimmer zu schaffen, welche die Lage des Schwimmers unter allen gewöhnlichen
Betriebsbedingungen in der Entfernung genau anzeigt, den Schwimmer nicht losläßt
und ihm genau folgt, unbeschadet plötzlicher, durch Schwankungen verursachter Bewegungen.
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Es ist früher vorgeschlagen worden, eine magnetische Kupplungsvorrichtung
für eine Fernanzeige der Lage des Schwimmers eines Durchflußmessers oder anderer
für Änderungen der Betriebszustände empfindlicher, beweglicher Meßelemente zu schaffen,
so z. B. für Temperatur, Druck, Strömungsgröße od. dgl.
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So ist ein Durchflußmesser bekannt, bei dem der Meßschwimmer einen
Magneten trägt und ein Folgemagnet außerhalb des Meßrohres auf dem Ende eines mit
Gegengewicht versehenen Hebels angebracht ist, so daß die senkrechten Bewegungen
des Schwimmers entsprechend den Anderungen der Strömungsgröße der Flüssigkeit den
Hebel zum Ausschlagen bringt, wobei die Drehung des Hebelausschlages eine selbsttätige
Ventileinrichtung in Tätigkeit setzt, welche die vorgeschriebene Strömungsgröße
wiederherzustellen sucht.
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Während diese magnetische Kupplung unter den meisten Betriebsbedingungen
zufriedenstellend arbeitet, ist sie nicht vollständig zuverlässig gewesen, wenn
sie in Flüssigkeitssystemen ge-
braucht wurde, in denen heftige
Schwankungen auftraten.
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Dies kommt daher, daß in den bisher angewendeten gewöhnlichen magnetischen
Kupplungsvorrichtungen, in denen das bewegliche Meßelement einen einfachen Magneten
oder einen Körper von magnetischem Material, wie Eisen oder Eisen-Nickel-Legierung,
trägt, das magnetische Kraftfeld, welches den äußeren Hebel mit dem Schwimmer kuppelt,
ziemlich schwach ist. Im Falle von heftigen Schwankungen ist der Schwimmer darum
imstande, zu springen oder eine plötzliche Bewegung zu machen, deren Größe genügt,
um die magnetische Kupplung zwischen dem Hebel und dem Schwimmer zu unterbrechen.
Weml dies eintritt, kann der Hebel natürlich nicht länger die Lage des Schwimmers
anzeigen, und folglich kann der in der Entfernung anzeigende und kontrollierende,
durch die Einstellung des Hebels in Tätigkeit gesetzte Mechanismus nicht genau arbeiten.
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Demgemäß behandelt die vorliegende Erfindung eine neue und verbesserte
magnetische Kupplungsvorrichtung, die das bewegliche Element mit dem Folgeelement
unter allen normalen Betriebsbedingungen sicher kuppelt und ein Abreißen der magnetischen
Kupplung sogar bei heftigen Betriebsschwankungen od. dgl. verhindert.
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Nach der Erfindung ist der Schwimmer eines Durchflußmessers oder
ein anderes bewegliches Meßelement mit einem Paar koaxial erstreckter Stabmagneten
versehen, die mit ihren gleichen Polen einander gegenüberliegend angebracht sind,
und das Folgeglied ist mit einem oder mehreren Magneten ausgestattet, deren Pole
magnetisch entgegengesetzt sind zu den Polen der dicht danebenliegenden Schwimmermagneten,
wobei sie dem Weg der Schwimmermagneten folgen. Der Schwimmer kann also z. B. mit
einem Paar koaxial sich erstreckender Stabmagneten mit dicht beieinanderliegenden
Nordpolen und das Folgeglied kann mit einem oder mehreren Stabmagneten versehen
sein, deren Südpole dicht am Arbeitsweg der Schwimmermagneten liegen. Auf diese
Weise erzeugen nicht allein die nebeneinanderliegenden gleichen Pole der Schwimmermagneten
ein starkes Magnetfeld, das eine starke Anziehungskraft auf die entgegengesetzten
Pole der Folgemagneten ausübt, sondern die äußeren Pole der Schwimmermagneten suchen,
da sie die gleichen sind wie die ihnen gegenüberliegenden Pole der Folgemagneten
die Folgemagneten abzustoßen, um sie zu zwingen, den Schwimmermagneten auf deren
Weg zu folgen, auch im Falle heftiger Schwankungen.
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Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen
bevorzugte Ausführungen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 im Aufriß eine Ansicht einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, zum Teil in einem lotrechten Querschnitt,
Fig. 2 einen teilweisen lotrechten Querschnitt einer abgeänderten Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 3 einen teilweisen waagerechten Querschnitt längs der Linie
3-3 der Fig. 2.
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In der in Fig. I dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
ein Schwimmerdurchflußmesser vorgesehen mit einem abwärts verjüngten lotrechten
Meßrohr 10 mit Einlaß- und Auslaßanschlüssen 11 und I2 in den unteren und oberen
Muffen 39 und 13. Diese Muffen 39 und I3 sind auf dem Körper 14 des Durchflußmessers
in der Weise befestigt, daß sie eine beliebige horizontale Einstellung gestatten.
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Der abwärts geöffnete, konisch-becherförmige, die Strömung einengende
Kopf 15 eines Meßschwimmers ist in dem Rohr 10 angeordnet, wobei die Lage des Kopfes
15 in dem Rohr 10 durch die Strömungsgröße der in dem Rohr aufwärts strömenden Flüssigkeit
in einer der Fachwelt wohlbekannten Art bestimmt wird.
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Der Körper 14 kann mit einem Fenster I6 versehen sein, welches die
Beobachtung der Lage des Kopfes 15 gestattet, und es kann eine Kalibrierung entweder
direkt auf dem Rohr 10 oder auf einer an diesem Rohr befestigten lotrechten Skala
angebracht sein, so daß die Höhe des Schwimmers abgelesen werden kann, entweder
in willkürlichen Einheiten oder direkt in Litern pro Minute.
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Eine langgestreckte zylindrische Verlängerungskammer 17 aus unmagnetischem
Material ist, wie bei Ig, mit der oberen Muffe I3 verschraubt; eine Packung 19 schafft
dazwischen eine flüssigkeitsdichte Verbindung. Ein Bolzen 20 ist in das obere Ende
der Kammer I7 eingeschraubt, die mit ihrem unteren Ende mit dem Meßrohr 10 verbunden
ist, so daß sie immer mit der zu messenden Flüssigkeit gefüllt ist.
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Der Meßschwimmer ist mit einem langen, dünnen Verlängerungsstab 21
versehen, der sich vom Kopf I5 in der Kammer 17 aufwärts erstreckt. Ein Belastungsgewicht
22 ist auf dem oberen Ende des Stabes 21 befestigt. Der Körper 22 ist versehen mit
einem Paar in senkrechtem Abstand angeordneten ringförmigen Rippen 23, welche die
polierte innere zylindrische Wand der Kammer 17 berühren und zur Zentrierung des
Körpers 22 in der Kammer I7 dienen. Die Rippen 23 sind zugespitzt, um Linienberührung
mit der Kammer 17 zu schaffen, wodurch die Reibung vermindert und freie Auf- und
Abbewegung des Kopfes 15 und des Körpers 22 entsprechend den Änderungen der Strömungsgröße
der durch das Meßrohr 10 strömenden Flüssigkeit ermöglicht wird.
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Der Körper 22 ist aus unmagnetischem Material, z. B. synthetischem
Stoff oder unmagnetischem Leichtmetall od. dgl. In diesem Körper 22 sind ein unterer
und oberer Stabmagnet 24 und 25 angeordnet. Diese Stabmagneten 24 und 25 sind so
angeordnet, daß ihre Nordpole sich berühren, insbesondere in der Mitte des genannten
Körpers, während ihre Südpole für gewöhnlich an ihren freien Enden liegen.
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Ein Hebel 26 ist außerhalb der genannten Verlängerungskammer I7 drehbar
gelagert auf einer Schneide 27 und ist an dem einen Ende mit einem
einstellbaren
Gegengewicht 28 zum Ausbalancieren versehen. Das andere Ende des Hebels 26 trägt
einen Folgestabmagneten 29, dessen Südpole dicht an der Verlängerungskammer I7 liegend
angeordnet sind.
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Der Hebel 26 trägt einen Zahnradsektor 30, der mit einem in der Trägerplatte
32 gelagerten Zahnrad 3I im Eingriff steht. Ferner ist ein Ritzel 33 auf der Trägerplatte
32 gelagert und kämmt mit dem Rad 3I. An dem Ritzel 33 sitzt ein Zeiger 34, der
sich mit ihm gegenüber einer Skala 35 drehen kann.
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Offenbar bewegen sich, wenn der Schwimmer I5 sich entsprechend der
Strömungsgröße bewegt, der Körper 22 und die Magneten 24 und 25 mit ihm.
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Die Anziehungskraft der nebeneinanderliegenden Nordpole der Magneten
24 und 25 erzeugt eine magnetische Kupplung mit dem dicht dabeiliegenden Südpol
des Folgemagneten 29. Auf diese Weise erzeugt die lotrechte Bewegung der Magneten
24 und 25 einen Ausschlag des Hebels 26.
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Die normale Lage des Schwimmers I5 und der Magneten 24 und 25 ist
in Fig. I in ausgezogenen Linien dargestellt. Eine Abwärtsbewegung des Schwimmers
15 und der Magneten 24 und 25 in die durch Strich-Punkt-Linien dargestellte Lage
erzeugt eine Drehung des Hebels 26 entgegen der Uhrzeigerrichtung aus seiner für
gewöhnlich waagerechten, in ausgezogenen Linien dargestellten Lage in die durch
Strich-Punkt-Linien dargestellte Lage. Dies verursacht eine der Drehung des Uhrzeigers
entgegengesetzte Drehung des Zahnradsektors 30 und eine Drehung des kämmenden Zahnrads
3I im Sinne des Uhrzeigers und eine der Drehung des Uhrzeigers entgegengesetzte
Drehung des Ritzels 33 und des Zeigers 34.
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Umgekehrt würde eine Aufwärtsbewegung des Schwimmers 15 und der Magneten
24 und 25 eine im Sinne des Uhrzeigers erfolgende Drehung des Hebels 26 und des
Zahnradsektors 30 eine der Drehung des Uhrzeigers entgegengesetzte Drehung des kämmenden
Zahnrads 31 und eine Drehung des Ritzels 33 und des Zeigers 34 im Sinne des Uhrzeigers
hervorrufen.
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Wie oben beschrieben, ist es klar, daß es für den Folgemagneten 29
tatsächlich unmöglich ist, sich von den Magneten 24 und 25 zu lösen. Dies hat einesteils
seinen Grund in dem Umstand, daß die nebeneinanderliegenden Nordpole der Magneten
24 und 25 eine stärkere magnetische Anziehungskraft auf den Südpol des Folgemagneten
29 ausüben, als dies die bisher angewendeten gewöhnlichen, einfachen Schwimmermagneten
tun könnten. Dies hat anderenteils seinen Grund in dem Umstand, daß die Südpole
an den oberen und unteren Enden der dicht aneinanderliegenden Magneten 24 und 25
den Südpol des Folgemagneten 29 abzustoßen suchen und im Falle einer Annäherung
den Folgemagneten zurücktreiben würden zu den Nordpolen der Magneten 24 und 25.
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Zur Erläuterung gesetzt den Fall, die beiden Magneten 24 und 25 und
der Hebel 26 wären in ihrer unteren, in Fig. I durch Strich-Punkt-Linien dargestellten
Lage, und ferner angenommen, daß infolge einer plötzlichen heftigen Schwankung oder
eines Anwachsens der Strömungsgröße der Schwimmer und die Magneten 24 und 25 plötzlich
in die in Fig. 1 durch ausgezogene Linien dargestellte Lage gehoben werden, angenommen
ferner, daß diese Aufwärtsbewegung der Magneten 24 und 25 so plötzlich und momentan
wäre, daß der Folge magnet 29 in seiner untersten Lage bliebe, so ist klar, daß
in diesem Falle der Südpol des unteren Magneten 24 sich dem Südpol des Folgemagneten
29 nähern und suchen würde, ihn aufwärts zu stoßen und so in die waagerechte Lage
zu treiben, in der er genau die Lage des Meßschwimmers 15 anzeigen würde.
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Zusätzlich oder an Stelle des Zeigers 34 könnte das Ritzel 33 auch
verbunden sein mit einer Ubertragung für eine Fernanzeigevorrichtung oder ein Kontrollsystem
für eine Fernanzeige oder für eine Kontrolle der Strömungsgröße der Flüssigkeit.
Ein solches Fernanzeigesystem könnte eine elektrische Übertragung aufweisen, wie
sie für Meßvorrichtungen bekannt ist, um die Drehung des Ritzels 33 an einem anderen
entfernten Zeiger wiederzugeben.
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Es ist klar, daß die Pole der Schwimmermagneten und des Folgemagneten
vertauscht werden könnten, ohne daß der vorliegende Erfindungsgedanke verlassen
würde.
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Die Magneten 24 und 25 könnten also derartig angeordnet sein, daß
ihre Südpole aneinanderliegen, und der Folgemagnet 29 könnte so angeordnet sein,
daß sein Nordpol dicht bei den Südpolen der Magneten 24 und 25 läge.
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Die im Verhältnis zur Länge des Meßrohres 10 große Länge der Magneten
24 und 25 von einem Ende zum anderen verhütet ferner zufälliges Unterbrechen der
magnetischen Kupplung bei heftigen Schwankungen. Die Magneten 24 und 25 können jeder
eine Länge haben, die gleich oder größer als die brauchbare Länge der Skala des
Meßrohres ist.
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Angenommen, die in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellte Lage
des Meßschwimmers ist die Mittellage des Schwimmers, so kann sich der Schwimmer
offenbar in dem Meßrohr auf und ab bewegen um eine Strecke, die kürzer ist als die
Länge eines der Magneten 24 und 25. Folglich ist es für die Magneten 24 und 25 tatsächlich
unmöglich, sich von der durch die ausgezogenen Linien in Fig. I dargestellten Lage
um eine genügend große Strecke auf und ab zu bewegen, um den Folgemagneten zu zwingen,
sich von den Magneten 24 und 25 zu lösen. Selbst wenn also beim Sinken der Strömungsgröße
der Meßschwimmer auf den untersten anzeigbaren Wert fallen würde, so würde doch
der Südpol des Stabmagneten 25 noch über der ursprünglichen waagerechten Lage des
Folgemagneten sich befinden, so daß die Abstoßungskraft zwischen den Magneten 25
und 29 suchen würde, den Folgemagneten abwärts zu treiben in seine richtige Lage
gegenüber den dicht beieinanderliegenden Nordpolen der Magneten 24 und 25.
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In ähnlicher Weise würde, wenn die Strömungsgröße plötzlich auf den
höchsten vom Schwimmer anzeigbaren Wert ansteigen würde, der Südpol des Magneten
24 noch unter der normalen waagerechten Lage des Folgemagneten 29 sein, so daß er
bestrebt sein würde, den Südpol des Folgemagneten aufwärts zu stoßen in seine richtige
Lage gegenüber den dicht beieinanderliegenden Nordpolen der Magneten 24 und 25.
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In den Fig. 2 und 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, die im allgemeinen der in Fig. I dargestellten gleicht, ausgenommen
den Umstand, daß an Stelle eines einzelnen Folgemagneten 29 ein Paar Folgemagneten
36 und 37 an den Enden eines im allgemeinen halbkreisförmigen Joches auf dem Hebel
26 befestigt sind.
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Die Folgemagneten 36 und 37 sind an einander diametral gegenüberliegenden
Punkten außerhalb der Verlängerungskammer I7 angeordnet, und ihre Südpole liegen
dicht an der genannten Kammer I7.
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Also zieht die magnetische Kraft der dicht aneinanderliegenden Nordpole
der Magneten 24 und 25 die inneren Südpole der beiden Folgemagneten 36 und 37 an
und schafft dadurch eine starke magnetische Kupplung, die weiterhin die Möglichkeit
einer Loslösung der Folgemagneten von den Schwimmermagneten auf ein Minimum verringert.
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Sollten die Südpole der Folgemagneten sich von den dicht aneinanderliegenden
Nordpolen der Schwimmermagneten plötzlich lösen, so würden die Südpole der Schwimmermagneten
die Südpole der Folgemagneten abstoßen und in die auf die Nordpole ausgerichtete
Lage treiben, wie oben bei Behandlung der Ausführungsform nach Fig. I angegeben.
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Wie oben bei Behandlung der Ausführungsform nach Fig. I festgestellt
wurde, können die Magnetpole vertauscht werden. Die Magneten 24 und 25 können also
derartig angeordnet sein, daß ihre Südpole dicht nebeneinanderliegen, während die
Magneten 36 und 37 so angeordnet sein können, daß ihre Nordpole dicht an der Verlängerungskammer
I7 liegen.