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Die
Erfindung betrifft einen Füllstandsanzeiger für
einen Tankwagenbehälter. Derartiger Füllstandsanzeiger
sind auch als Anzeiger-Großgeräte bekannt. Sie
dienen dazu, den Füllstand in einem Tank anzuzeigen. Eine
derartige Füllstandsanzeige ist beispielsweise aus der
BE 900057 bekannt. Nachteiligerweise
hat sich bei derartigen Füllstandsanzeigern herausgestellt,
dass sie teilweise erhebliche Messfehler zeigen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandsanzeiger
anzugeben, der eine verbesserte Messgenauigkeit aufweist.
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Die
Erfindung löst das Problem durch einen Füllstandsanzeiger
mit (a) einem Schwimmer, (b) einem Schimmerarm, an dem der Schwimmer
befestigt ist, (c) einer Montagestange, an der der Schwimmerarm
befestigt ist und die ein Hüllrohr und eine im Hüllrohr
laufende Aktuatorstange umfasst, (d) einem Getriebe zum Übertragen
einer Schwenkbewegung des Schwimmerarms in eine Drehbewegung der
Aktuatorstange, (e) einem mit dem Hüllrohr verlaufenden
Flansch zum Befestigen des Füllstandsanzeigers an einer
Innenwandung eines Tanks und (f) einer Stützvorrich tung,
die am Flansch befestigt ist und das Hüllrohr benachbart
zur Innenwandung umgibt.
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Vorteilhaft
an dem erfindungsgemäßen Füllstandsanzeiger
ist seine erhöhte Messgenauigkeit. Der bekannte Füllstandsanzeiger
wird für Flüssiggas-Tankwagen verwendet, die niemals
vollkommen leer fahren, weil bei einem vollständigen Entladen Schmutzpartikel
die Zapfanlage beschädigen können. Wird der bekannte
Füllstandsanzeiger aber für andere Tankwagen verwendet,
so zeigt er regelmäßig fehlerhaft an. Es hat sich
herausgestellt, dass Füllstandsanzeiger hauptsächlich
dann eine verschlechterte Anzeigegenauigkeit haben, wenn sie entgegen
dem üblichen Gebrauch in ungefüllten Tankwagen
eingesetzt werden, die sich im unwegsamen Gelände bewegen.
Bei Mindestfüllung mit Flüssigkeit befindet sich
der Schwimmer stets in Flüssigkeit. Stöße
werden dadurch gedämpft, weil die Flüssigkeit
als Dämpfelement wirkt. Es hat sich überraschend
gezeigt, dass die Messgenauigkeit mit geringem Aufwand dadurch verbessert
werden kann, dass die Stützvorrichtung vorgesehen wird,
die das Hüllrohr benachbart zur Innenwandung umgibt. Diese Maßnahme
ist einfach umsetzbar und erhöht dennoch die mit dem Füllstandsanzeiger
erreichbare Messgenauigkeit signifikant.
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Vorteilhaft
an dem erfindungsgemäßen Füllstandsanzeiger
ist zudem, dass der Nullpunkt sicher eingehalten wird. Der Grund
dafür ist der oben genannte.
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Es
ist ein weiterer Vorteil, dass bestehende Füllstandsanzeiger
einfach dadurch umgerüstet werden können, dass
eine Stützvorrichtung vorgesehen wird, die das Hüllrohr
benachbart zur Innenwandung des Tanks umgibt.
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Es
ist besonders günstig, wenn die Stützvorrichtung
zumindest 70 mm lang ist. Dadurch wird ein Abfall der Messgenauigkeit
unter rauen Einsatzbedingungen besonders wirksam bekämpft.
Günstig ist es zudem, wenn die Stützvorrichtung
eine Länge von weniger als 150 mm aufweist. Dadurch verteilen
sich auftretende Kräfte und Drehmomente gleichmäßig über
die Montagestange, so dass die Messgenauigkeit durch Stöße
wenig beeinflusst wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stützvorrichtung
eine Schneidring-Überwurfmutter. Eine derartige Schneidring-Überwurfmutter
ist besonders einfach zu montieren und zu reparieren. Sie eignet
sich daher besonders gut für den Einsatz im unwegsamen
Gelände.
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Auf
die Montagestange wirkende Kräfte werden besonders effizient
abgefangen, wenn die Schneidring-Überwurfmutter zumindest
zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. Dabei
ist der Abschnitt mit dem größten Durchmesser
bevorzugt unmittelbar zur Innenwandung benachbart. Das heißt,
dass der Durchmesser mit zunehmendem Abstand von der Innenwandung
des Tanks abnimmt.
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Bevorzugt
besitzt die Füllstandsanzeige eine Anzeige mit einem Zeiger,
der mittels zumindest einem Koppelmagneten mit der Aktuatorstange
magnetisch gekoppelt ist. Besonders günstig ist es, wenn der
Magnetteil eine Magnet-Stirnkupplung ist, da so ein Hinterherlaufen
des Zeigers verhindert wird. Der Zeiger kann auch als Nadel oder
Anzeigenadel bezeichnet werden.
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Die
Messgenauigkeit wird unter rauen Bedingungen besonders gut beibehalten,
wenn der Füllstandanzeiger eine Dämpfungsvorrichtung
aufweist, die ausgebildet ist zum Dämpfen einer Bewegung des
Schwimmerarms relativ zur Montagestange. Bei einem harten Schlag
auf den Tank entsteht eine starke Beschleunigung des Schwimmers
und des Schwimmerarms, die von der Montagestange abgefangen werden
muss. Die Dämpfungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass
der durch den Schlag auf den Schwimmer und die Schwimmerstange übertragene Impuls
zu einer geringeren Spitzenkraft an der Montagestange führt.
Bevorzugt ist die Dämpfungsvorrichtung so ausgebildet,
dass sich die Montagestange erst dann plastisch verformt, wenn die
Dämpfungsvorrichtung maximal ausgelenkt ist. Hierdurch wird
erreicht, dass auf die Schwimmerstange wirkende Beschleunigungen
in aller Regel lediglich zu elastischen Verformungen der Montagestange
führen, die unproblematisch sind.
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Bevorzugt
umfasst die Dämpfungsvorrichtung einen ersten Dämpfer,
der ein Anschlagen des Schwimmerarms in einer Maximalstellung dämpft und/oder
einen zwei ten Dämpfer, der ein Anschlagen des Schwimmerarms
in einer minimalen Stellung an die Montagestange dämpft.
Wenn der Füllstandsanzeiger in einem leeren Tankwagen montiert
ist, so kann die Schwimmerstange bei herkömmlichen Füllstandsanzeigern
ungedämpft gegen die Montagestange anschlagen, woraufhin
diese sich plastisch verformen kann. Das verringert die Messgenauigkeit des
Füllstandsanzeigers. Durch die Dämpfungsvorrichtung
wird das vermieden. Die Dämpfer können beispielsweise
durch Blech- oder Kunststoffelemente gebildet sein, die sich bei
einem Anschlagen des Schwimmerarms elastisch verformen und dabei
die Maximalkraft begrenzen. Sie können zudem so ausgebildet
sein, dass sie bei einer elastischen Verformung mechanische Energie
absorbieren und diese in Wärme umsetzen. Dazu sind besonders
federvorgespannte oder gummi-elastische Dämpfer geeignet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist der Schwimmerarm eine
Schwimmerarmfeder auf, die zwischen dem Schwimmer und dem Getriebe zum
Dämpfen von ruckartigen Bewegungen des Schwimmers angeordnet
ist. Bei diesen ruckartigen Bewegungen handelt es sich beispielsweise
um translatorische Bewegungen des Schwimmers entlang einer Schwimmerarm-Längsachse.
Es ist alternativ oder additiv aber auch möglich, dass
die Schwimmerarmfeder ausgebildet ist, um eine Schwenkbewegung des
Schwimmers relativ zum Schwimmerarm jenseits eines Minimal- und/oder
Maximal-Aufschwimmwinkels zwischen Schwimmerarm und Montagestange
zu dämpfen.
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Besonders
bevorzugt ist der Schwimmerarm über ein Getriebe, das ein
schwimmerarmseitiges Zahnrad und ein montageseitiges Zahnrad besitzt, mit
der Montagestange verbunden, wobei das montagestangenseitige Zahnrad
drehfest mit der Aktuatorstange verbunden ist und wobei der Schwimmerarm
einen Schwimmerarmkopf besitzt, der am Montagearm schwenkbar befestigt
ist, an dem das schwimmerarmseitige Zahnrad drehfest befestigt ist und
an dem eine den Schwimmer haltende Schwimmerstange längsbeweglich
geführt ist. Es ergibt sich so eine gleichzeitig einfache
und robuste Dämpfungsvorrichtung, die die Maximalkraft,
die der Schwimmer auf die Montagestange ausüben kann, wirksam
begrenzt.
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Besonders
bevorzugt ist die Schwimmerarmfeder zwischen der Schwimmerstange
und einem Verschiebestück des Schwimmerarmkopfs angeordnet.
Die Schwimmerarmfeder kann das Verschiebestück dann in
eine Betriebsstellung entgegen einem Anschlag vorspannen, so dass
eine schlagartige Beschleunigung des Schwimmers in Längsrichtung
der Schwimmerstange dadurch gedämpft wird, dass sich das
Verschiebestück vom Anschlag abhebt und entgegen der Kraft
der Schwimmerarmfeder bewegt. Gleichzeitig kann das Verschiebestück
ausgebildet sein, um an eine relativ zur Montagestange ruhende Komponente
federnd anzuschlagen und so die Bewegung des Schwimmerarms zu bremsen,
wenn der Aufschwimmerwinkel jenseits des Maximal- und/oder Minimal-Aufschwimmwinkels
ist.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt
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1 eine
Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers,
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2 einen
Querschnitt durch den Füllstandsanzeiger gemäß 1,
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3 ein
Detail des Querschnittes nach 2,
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Schwimmerarmkopfes und 5 eine
zweite perspektivische Ansicht des Schwimmerarmkopfes.
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1 zeigt
einen Füllstandsanzeiger 10, der in einem nicht
eingezeichneten Tank eines ebenfalls nicht eingezeichneten Tankwagens
angeordnet ist. Der Füllstandsanzeiger 10 umfasst
einen Schwimmerarm 12, an dessen einen Ende ein Schwimmer 14 befestigt
ist. An seinem dem Schwimmer 14 abgewandten Ende umfasst
der Schwimmerarm 12 ein Gegengewicht 16, das Teil
eines Schwimmerarmkopfes 18 ist.
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Der
Schwimmerarmkopf 18 umfasst zudem ein Getriebe 20,
beispielsweise ein Kegelradgetriebe, das eine Bewegung des Schwimmerarms 12 um einen
Aufschwimmwinkel α in einen Drehwinkel φ eines
montagestangenseitigen Zahnrades 22 umsetzt. Das montagestangenseitige
Zahnrad 22 wirkt dazu mit einem schwimmerarmseitigen Zahnrad 24 des Getriebes 20 zusammen.
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Das
montagestangenseitigen Zahnrad 22 ist fest mit einer Aktuatorstange 26 verbunden,
die in einem Hüllrohr 28 drehbar gelagert und
mit diesem Teil einer Montagestange 30 ist. An dem Hüllrohr 28 ist das
Getriebe 20 angebracht. Gleichzeitig ist der Schwimmerarm 12 schwenkbar
an der Montagestange 30 befestigt. Die Montagestange 30 hat
eine Montagenstangen-Länge L30 von
beispielsweise mehr als 1 m.
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An
einem dem Schwimmerarmkopf 18 abgewandten Ende der Montagestange 30 ragt
das Hüllrohr 28 in eine Stützvorrichtung
in Form einer Schneidring-Überwurfmutter 32. Diese
wirkt mit einem Schneidring 34 zusammen, der seinerseits
an einem Flansch 36 befestigt ist.
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Eine Änderung
des Aufschwimmwinkels α führt zu einer Änderung
des Drehwinkels φ, der durch eine in 1 nicht
sichtbare Magnetkupplung auf einen Zeiger 38 übertragen
wird, der Teil einer Anzeige 40 ist, die von außerhalb
des Tanks einsehbar ist. Die Anzeige 40 umfasst zudem eine
schlag-, UV- und temperaturbeständige Skalenscheibe 42,
die von einer Scheibe 44, beispielsweise aus Polykarbonat, abgedeckt
ist.
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2 zeigt
den Füllstandsanzeiger 10 im Querschnitt. Es ist
zu erkennen, dass eine Überwurfmutter-Länge L32 einen Bruchteil der Montagestangen-Länge
L30 beträgt. Der Schwimmerarm 12 ist
um eine Drehachse D schwenkbar, die senkrecht sowohl zu einer Schwimmerarm-Längsachse
A12 als auch zu einer Montagearm-Längsachse
A30 verläuft. Der Aufschwimmwinkel α wird
zur Vertikalen gemessen.
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3 zeigt
ein Detail aus 2 mit der Überwurfmutter 32.
Diese besitzt einen ersten Abschnitt 46.1 und einen zweiten
Abschnitt 46.2, die sich in ihren Außendurchmessern
unterscheiden. Dabei ist der dem Flansch 36 zugewandte
Außendurchmesser d2 des zweiten
Abschnitts 46.2 größer als der Außendurchmesser
d1 des ersten Abschnitts 46.2.
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Beispielsweise
ist der Außendurchmesser d1 des
ersten Abschnitts 46.1 mehr als 15% größer
als ein Außendurchmesser d30 der
Montagestange 30. Der Außendurchmesser d2 des zweiten Abschnitts 46.2 ist
wiederum mindestens 10% größer als der erste Außendurchmesser
d1. Dabei ist der zweite Außendurchmesser
d2 insgesamt weniger als 50% größer
als der Außendurchmesser d3o der
Montagestange 30.
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Der
Flansch 36 ist an einer Tankwand 48 befestigt.
Nicht eingezeichnet ist eine magnetische Kupplung, die zumindest
einen Magneten umfasst, der mit der Aktuatorstange 26 (1)
drehfest verbunden ist. Dieser Magnet ist auf einer Seite einer Trennwand
aus nicht magnetischem Material angeordnet und wirkt mit einem zweiten
Magneten oder einem Eisenstück zusammen, das auf der anderen Seite
der Trennwand so angeordnet ist, dass eine Drehung des Magneten
zu einer Drehung des Gegenstücks führt. Das Gegenstück
ist mit dem Zeiger 38 (1) verbunden.
Die Trennwand ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie einem Innendruck
in einem Inneren des Tanks von mehr als 40 bar (4 MPa) standhält.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht auf den Schwimmerarmkopf 18.
Der Schwimmerarmkopf 18 umfasst ein Verschiebestück 50,
das bezüglich der Schwimmerarm-Längsachse A12 längsverschieblich an einem U-Profil
befestigt ist, das das Gegengewicht 16 bildet. Das Verschiebestück 50 wird
von einer Schwimmerarmfeder 52, die als Spiralfeder ausgebildet
ist, gegen einen Anschlag 54 vorgespannt. In diesem Zustand
existiert eine Lücke 56 zwischen einer Anschlagkante 57 dem
Verschiebestück 50 und einer U-förmigen
Zahnradaufnahme 58 des Getriebes 20. Das Verschiebestück 50 ist
an einer Schwimmerstange 62 befestigt, die den Schwimmer 14 hält und
zusammen mit einem Bolzen 64, der benachbart zum U-förmigen
Gegengewicht 16 angeordnet ist, zum Schwimmerarm 12 gehört.
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Wird
der Schwimmerarm 12 parallel zur Schwimmerarm-Längsachse
A12 von der Montagestange 30 weg
beschleunigt, so biegt sich die Montagestange 30 durch,
um die Kraft abzufangen. Jenseits einer bestimmten Kraft Fmax löst sich das Verschiebestück 50 von
dem Anschlag 54, so dass die maximal auf die Montagestange 50 wirkende
Kraft nach oben durch Fmax begrenzt ist.
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Das
Verschiebestück ist zudem so angeordnet, dass es an die
Zahnradaufnahme 58 anschlägt, wenn ein vorgegebener
Minimal-Aufschwimmwinkel αmin von
beispielsweise 10° unterschritten wird (vgl. 1).
Wird der Aufschwimmwinkel α weiter verringern, so verschiebt
sich das Verschiebestück 50 gegen die Federkraft 52,
so dass diese das Verschiebestück 50 zurückdrückt
und so einer weiteren Verringerung des Aufschwimmwinkels α entgegenwirkt.
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Überschreitet
der Aufschwimmwinkel α einen Maximal-Aufschwimmwinkel αmax, so schlägt das Verschiebestück 50 mit
einer Anschlagkante 60 (4) an die
Zahn radaufnahme 58 an, das Verschiebestück 50 verschiebt
sich erneut relativ zu seiner Aufnahme und ein Überschreiten
des Maximal-Aufschwimmwinkels αmax wird
vermieden.
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5 zeigt
den Schwimmerkopf 18 in einer Ansicht, in der Anschlagkante 60 besonders
gut zu sehen ist.
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- 10
- Füllstandsanzeiger
- 12
- Schwimmerarm
- 14
- Schwimmer
- 16
- Gegengewicht
- 18
- Schwimmerarmkopf
- 20
- Getriebe
- 22
- montagestangenseitiges
Zahnrad
- 24
- schwimmerarmseitiges
Zahnrad
- 26
- Aktuatorstange
- 28
- Hüllrohr
- 30
- Montagestange
- 32
- Überwurfmutter
- 34
- Schneidring
- 36
- Flansch
- 38
- Zeiger
- 40
- Anzeige
- 42
- Skalenscheibe
- 44
- Scheibe
- 46
- Abschnitt
- 48
- Tankwand
- 50
- Verschiebestück
- 52
- Schwimmerarmfeder
- 54
- Anschlag
- 56
- Lücke
- 57
- Anschlagkante
- 58
- Zahnradaufnahme
- 60
- Anschlagkante
- 62
- Schwimmerstange
- 64
- Bolzen
- A12
- Schwimmerarm-Längsache
- A30
- Montagestangen-Längsache
- L
- Länge
- D
- Drehachse
- d
- Außendurchmesser
- α
- Aufschwimmwinkel
- αmin
- Minimal-Aufschwimmwinkel
- αmax
- Maximal-Aufschwimmwinkel
- φ
- Drehwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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