DE1191888B - Elektrische, von einem mechanischen Fuehler magnetisch gesteuerte Schalteinrichtung,insbesondere fuer Fluessigkeitsstandanzeiger - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02c

Deutsche KI.: 21 c - 40/02

Nummer: 1191J

Aktenzeichen: R 33576 VIII d/21 c

Anmeldetag: 25. September 1962

Auslegetag: 29. April 1965

Die Erfindung betrifft eine elektrische, von einem mechanischen Fühler magnetisch gesteuerte Schalteinrichtung, welche insbesondere in Verbindung mit schwimmerbetätigten Flüssigkeitsstandanzeigern bzw. -reglern verwendbar ist und deren Empfindlichkeit von Temperaturschwankungen unabhängig ist.

Die Erfindung geht von einer magnetisch gesteuerten Schalteinrichtung aus, deren die Polschuhe des Magneten schließender Anker im Maße der Änderung des magnetischen Flusses durch die Polschuhe bewegbar ist und dessen Nebenschlußzweig zur Änderung des magnetischen Streuflusses aus einem von einem Stellglied betätigten Eisenkern besteht, und ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Anker ein Rückstellelement mit temperaturabhängiger Spannkraft zur Kompensation des Temperaturganges der Magnetisierung verbunden ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Rückstellelement eine Bimetallfeder vorgesehen, deren temperaturabhängige Spannkraft innerhalb eines weiten Temperaturbereiches den Temperaturgang der Magnetisierung kompensiert.

Die Erfindung ermöglicht demgemäß eine Anzeige bzw. Regelung von Flüssigkeitsständen, deren Genauigkeit von der sich jeweils ändernden Umgebungstemperatur unabhängig ist.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen. Es stellt dar

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Flüssigkeitsstandregler nach der Erfindung mit zwei temperaturkompensierten Schalteinrichtungen,

F i g. 2 und 3 eine Schalteinrichtung nach der Erfindung in Vorder- und Seitenansicht, F i g. 4 einen Schnitt nach der Ebene 4-4 in F i g. 1,

F i g. 5 und 6 Teilschnitte durch eine Schalteinrichtung nach der Erfindung mit angezogenem bzw. abgefallenem Anker und

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer V-förmigen Bimetallfeder nach Fig. 3.

Die Schaltglieder 1 eines Flüssigkeitsstandanzeigers ruhen auf einem Gehäuseunterteil 4, welcher von einem Gehäuseoberteil 2 abgeschlossen ist. Der Gehäuseunterteil 4 ist mittels einer Verbindungsmuffe 8 in eine Befestigungsplatte 6 eingeschraubt. Man kann selbstverständlich das Gehäuse auch in anderer Weise festhalten. So kann beispielsweise der Oberteil 4 an einem äußeren Schwimmerkäfig angeschraubt oder angeschweißt sein. Es kann auch mittels eines Montagewinkels ein seitlicher Anbau erfolgen. Mit dem Gehäuseunterteil 1 ist ein Durchführungsrohr 10 fest Elektrische, von einem mechanischen Fühler
magnetisch gesteuerte Schalteinrichtung,
insbesondere für Flüssigkeitsstandanzeiger

Anmelder:

Robertshaw Controls Company,

Richmond, Va. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,

Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14

Als Erfinder benannt:
Louis Medart Puster,
Knoxville, Tenn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1961
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verbunden, auf welches die magnetisch gesteuerten Schalteinrichtungen 12 mittels Spannschrauben 12' aufgesetzt sind. Innerhalb des Durchführungsbohrers 10 ist eine Stellstange 14 verschiebbar, deren unteres Ende in einer Führungsbüchse 16 einer Halteplatte 18 gleitet. Auf der Stellstange 14 sind die Anschläge 20 und 22 verschiebbar, zwischen denen ein Hohlzylinder 24 eingeklemmt ist. Auf demselben ist schließlich ein Schwimmer 26 befestigt. Zur Führung des Schwimmers 26 dienen beispielsweise Führungsstangen 28, welche einerseits in die Befestigungsplatte 6 und andererseits in die Platte 18 eingelassen sind.

Einzelheiten der magnetisch gesteuerten Schalteinrichtung sind in den F i g. 5 und 6 zu erkennen. Danach ist ein Permanentmagnet 30 parallel zur Längsrichtung der Stellstangen 40 so magnetisiert, daß die einander gegenüberliegenden, senkrecht zur Längsachse der Stellstange 14 gerichteten Polflächen des Magneten eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. An den Magneten 30 schließen sich zu beiden Seiten Polschuhe 32 und 36 an, deren oberer einen Polschenkel 34 aufweist. An dem unteren Polschuh ist in einem Schwenklager 40 ein Anker 38 gelagert, welcher zusammen mit dem Polschenkel 34 einen Luftspalt 42 begrenzt. Die Polschuhe und der Anker bestehen aus Magnetstahl und bilden den magneti-

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sehen Kreis des Relais. Ein Kern 44, ebenfalls aus ratur abhängig. Wenn die Temperatur ansteigt, fällt Magnetstahl, dient zur Steuerung eines magnetischen die Magnetisierung und damit die magnetische Feld-Nebenschlußweges. Der Eisenkern 44 ist durch stärke ab, während die Magnetisierung bei fallender Muttern 46 und 48 am oberen Ende der Stellstange Temperatur ansteigt. Wenn man also keine Tempe-14 gehalten. 5 raturkompensation vorsieht, kann bei einem Anstieg

Das obere Ende des Ankers 38 betätigt einen elek- der Außentemperatur auf recht hohe Werte die

trischen Schalter 50, welcher jeweils in der ausge- Magnetisierung so weit abnehmen, daß die magneti-

zogenen Stellung des Ankers nach F i g. 5 leitend sehe Anziehungskraft in dem Luftspalt 42 nicht mehr

und in der abgefallenen Stellung des Ankers nach zum Anzug des Ankers 38 ausreicht, obgleich der

Fig. 6 nichtleitend ist. An Stelle eines Schalters i° Eisenkern 44 nicht in den Magneten eingeschoben

können selbstverständlich auch zwei elektrische ist. Bei einem starken Abfall der Außentemperatur

Schalter oder ein bzw. zwei pneumatische Schalter ergeben sich die umgekehrten Wirkungen, daß näm-

oder auch eine Kombination der genannten Schalter lieh die magnetische Anziehungskraft wesentlich

durch den Anker betätigt sein. Auf den Anker wirkt größer als die Federkraft der Federn 52 und 54 wird,

in bezug auf die Drehachse 40 ein Spannmoment in 15 so daß der Anker 38 auch beim Einschieben des

Gegenuhrzeigerrichtung, welches den Anker zum Eisenkerns in den Magneten nicht abfallen kann.

Abfall bringen möchte. Dieses Spannmoment wird Zur Vermeidung dieser Nachteile wird eine Bi-

von einer V-förmigen Blattfeder 52 und einer metallfeder 52 verwendet, deren Federkraft sich in

Schraubenfeder 54 aufgebracht, deren jeweilige demselben Maße mit der Temperatur ändert wie das

Spannkraft durch die Stellschrauben 56 bzw. 58 ein- 20 magnetische Moment. Beim Abfall der Außentempe-

gestellt werden kann. ratur muß also die Federkraft der Feder 52 an-

Nach F i g. 7 besitzt die Blattfeder 52 einen ver- steigen und umgekehrt beim Anstieg der Außenbreiterten Endteil 53 mit zwei seitlichen Öffnungen. temperatur abfallen. Man kann so innerhalb eines Aus dem Anker 38 stehen im wesentlichen senkrecht weiten Temperaturbereiches eine Temperaturzwei Stifte 37 heraus, auf welchen die Öffnungen im 25 kompensation sicherstellen.

Endteil 53 der Blattfeder aufliegen. Die Enden der Nach F i g. 1 sind auf dem Rohr 10 zwei ma-

Stifte37 laufen jeweils in Konusse 39 aus, welche gnetisch gesteuerte Schalteinrichtungen befestigt,

genau in die öffnungen im Endteil 53 passen. In- deren jedes entweder bei einem verschiedenen oder

folgedessen bilden die Stifte 37 ein Schwenklager für im wesentlichen bei jeweils dem gleichen Flüssigkeits-

den Endteil 53 nach Art eines Schneidenlagers. Die 30 stand umgelegt wird. Dies kann man mittels der

Blattfeder 52 wird hierdurch festgelegt, so daß sie Klemmschrauben 12'durch Verschiebung der Schalt-

sich nicht gegenüber der Längsachse der Schraube 56 einrichtungen 12 in die jeweils gewünschte Lage

verkanten oder verdrehen kann. einstellen.

Der Eisenkern 44 tritt im Maße des Steigens und Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfin-Fallens des Schwimmers 26 mehr oder minder in den 35 dung kann man den Schaltkreis 5 der Schalteinrich-Magneten 30 ein. Wenn der Eisenkern 44 vollständig tung 12 innerhalb eines weiten Bereiches des Flüssigaus dem Magneten 30 herausgezogen ist, schließt keitsstandes einstellen. Wenn die Anschläge 20 und sich die Mehrzahl der magnetischen Kraftlinien über 22 und die Schrauben 46 und 48 in der in den den Anker 38 und den Luftspalt42, so daß eine Fig. 1, 5 und 6 dargestellten Weise den Schwimmer große Anziehungswirkung zwischen Anker 38 und 40 26 und den Eisenkern 44 jeweils fest auf der Stell-Ansatzplatte 34 besteht. Der Anker wird infolge- stange 14 halten, wird der Anker 38 jeweils bei nur dessen entgegen der Wirkung der Rückstellfedern 52 sehr kleinen Änderungen des Flüssigkeitsstandes um- und 54 angezogen, so daß er den Schalter 50 schließt. gelegt. Wenn die Schalteinrichtung nur auf größere Sobald der Eisenkern 44 beim Steigen des Schwim- Änderungen des Flüssigkeitsstandes ansprechen soll, mers 26 in den Magneten 30 hineingeschoben wird, 45 werden die Muttern 46 und 48 weiter auseinander wird ein Teil der magnetischen Kraftlinien von dem gesetzt, so daß der Eisenkern 44 zwischen den Anker abgelenkt und tritt als Streufluß durch den Muttern 46 und 48 auf der Stellstange 14 frei ver-Eisenkern aus. Hierdurch wird die Anziehungs- schieblich ist. Wenn nunmehr der Flüssigkeitsstand wirkung zwischen Anker 38 und Ansatzstück 34 ver- so weit angestiegen ist, daß die untere Mutter 48 den ringert, so daß nunmehr die Federn 52 und 54 den 50 Eisenkern 44 in den Magneten 30 hineinschiebt und Anker zum Abfall bringen und den Schalter 50 um- der Anker 38 abgefallen ist, so wird sich beim Fallen legen. des Flüssigkeitsspiegels der Eisenkern infolge seines

Die Empfindlichkeit der Schalteinrichtung hängt Gewichtes an die Mutter 48 anlegen. In einer begemäß den vorstehenden Ausführungen von der Ein- stimmten Stellung des Eisenkerns in bezug auf den stellung des Kräftegleichgewichts zwischen der ma- 55 Magneten 30 wird jedoch die nach oben und seitgnetischen Anziehungskraft innerhalb des Luftspaltes wärts gerichtete magnetische Kraft dem Gewicht des einerseits und der Spannkraft der Federn 52 und 54 Eisenkerns das Gleichgewicht halten, so daß der andererseits ab. Die Schalteinrichtung wird also so Eisenkern auch bei weiterem Absinken des Flüssigeingestellt, daß nach Einschieben des Eisenkerns 44 keitsspiegels innerhalb des Magneten 30 schwebenin den Magneten 30 die magnetische Anziehungs- 60 bleibt. Erst wenn sich die obere Mutter 46 an den kraft innerhalb des Luftspaltes kleiner als die Stell- Eisenkern anlegt, wird derselbe durch das Gewicht kraft der Federn 52 und 54 ist, so daß die Federn des Schwimmers und der Stellstange nach unten beden Anker zum Abfall bringen. Umgekehrt ist nach wegt, wodurch der Anker angezogen wird.
Ausschieben des Eisenkerns aus dem Magneten die Beim Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels wird der magnetische Anziehungskraft größer als die Feder- 65 Eisenkern 44 von dem Magneten 30 nach oben gekraf t, so daß der Anker angezogen wird. schoben, so daß er an der Mutter 46 anliegt. Der

Bekanntlich ist die Magnetisierung eines Perma- Eisenkern 44 wird jedoch eine Stellung erreichen,

nentmagneten von der jeweiligen Umgebungstempe- wo er infolge der seitlichen Anziehungskraft des

Magneten innerhalb des Rohres 10 schwebend gehalten wird. Der Eisenkern kann sich nunmehr erst nach Anlage der Mutter 48 weiter nach oben bewegen, wodurch der Anker zum Abfall gebracht wird. Bei der zuletzt beschriebenen Anordnung darf der Eisenkern 44 nicht zu schwer sein, da sonst der Eisenkern immer an der Mutter 48 anliegt, so daß der Flüssigkeitsstand sich nur innerhalb enger Grenzen ändert. Man muß jedoch auch darauf achten, daß der Eisenkern nicht infolge zu geringen Gewichtes zu stark in den Magneten 30 hineingezogen wird, so daß er ständig an der oberen Mutter 46 anliegt. Auch in diesem Fall würde eine nur kurzperiodische Schwankung des Flüssigkeitsstandes möglich sein. Diese kurzperiodischen Schwan- kungen können jedoch durch das Einsetzen eines nichtmagnetischen Abstandsstückes 60 zwischen dem Magneten 30 und dem oberen Polschuh 32 unterdrückt werden. Durch dieses Abstandsstück wird die in seitlicher Richtung wirkende Kraft verstärkt und die nach oben wirkende magnetische Kraft vermindert. Hierdurch wird der Eisenkern innerhalb der Röhre 10 schwebend erhalten und verbleibt in dieser stationären Gleichgewichtslage, bis er infolge eines Ansteigens des Flüssigkeitsstandes durch die Mutter 48 bzw. infolge eines Fallens des Flüssigkeitsstandes durch die Mutter 46 erfaßt wird. Der Eisenkern braucht zur Umschaltung des Relais nur eine kleine Strecke verschoben zu werden, während die jeweiligen Verschiebungswege des Schwimmers und der Stellstange entsprechend dem gegenseitigen Abstand der Muttern größer sind. Wenn die Schalteinrichtung nur bei noch größeren Änderungen des Flüssigkeitsstandes ansprechen soll, wird der Eisenkern fest mit der Stellstange 14 verbunden, doch werden die Anschläge 20 und 22 voneinander entfernt, so daß der Schwimmer 26 zwischen diesen Anschlägen auf der Stellstange frei verschieblich ist. Eine Verschiebung der Stellstange 14 erfolgt dann jeweils nur, wenn der Schwimmer 26 an einem Anschlag 20 bzw. 22 anliegt, so daß die Stellstange 14 und der Eisenkern 44 der Schwimmerbewegung mit nur kleiner Amplitude folgen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrische, von einem mechanischen Fühler magnetisch gesteuerte Schalteinrichtung, deren die Polschuhe des Magneten schließender Anker

45 im Maße der Änderung des magnetischen Flusses durch die Polschuhe bewegbar ist und deren Nebenschlußzweig zur Änderung des magnetischen Streuflusses aus einem von einem Stellglied betätigten Eisenkern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Anker (38) ein Rückstellelement (52) mit temperaturabhängiger Spannung zur Kompensation des Temperaturganges der Magnetisierung verbunden ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (30) einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten der Magnetisierung aufweist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellelement eine Bimetallfeder (52) vorgesehen ist, deren temperaturabhängige Spannkraft innerhalb eines weiten Temperaturbereiches den Temperaturgang der Magnetisierung kompensiert.

4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (44) über eine Stellstange (14) mit einem sich entsprechend einem Flüssigkeitsstand auf bzw. ab bewegenden Schwimmer (26) verbunden ist.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (30) parallel zur Längsrichtung der Stellstange (14) magnetisiert ist und daß die Stellstange (14) mit dem Eisenkern (44) innerhalb einer Zylinderbohrung des Magneten verschiebbar ist.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (26) und/oder der Eisenkern (44) zwischen feststellbaren Anschlägen (20, 22 bzw. 46, 48) auf der Stellstange (14) frei verschieblich sind.

7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (38) an einem Polschuh (36) drehbar gelagert ist, daß ferner das freie, bewegliche Ende des Ankers (38) mit einem elektrischen Schalter zusammenwirkt und daß die Bimetallfeder (52) eine Rückstellkraft auf den Anker ausübt.

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallfeder eine V-förmige Gestalt hat und daß zusätzlich eine Schraubenfeder zur Erzielung der gewünschten Federcharakteristik vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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