DE2139865A1

DE2139865A1 - Fuellstandsanzeiger oder zustandsdetektor

Info

Publication number: DE2139865A1
Application number: DE19712139865
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Chem Ulrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-08-09
Filing date: 1971-08-09
Publication date: 1973-02-15
Also published as: BE787319A; FR2148650B1; GB1387672A; DE2139865B2; CH567714A5; FR2148650A1; NL7210710A

Description

PATENTANWÄLTE Z \ ό Ό Ό Ό Ο DR.-PHIL G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER

8MÜNCHEN 15

LANDWEHRSTR. 35 . POSTFACH 104

TEL. (08 11) 555719

München, den 28.JuIi 1971 Anwaltsaktenz.: 144 - Pat. 5

Dipl.-Chem. Helmut Ulrich, 8 München-Allach, Waldhornstr. 27

Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor

Die Erfindung "betrifft Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektoren mit mindestens einem durch eine Trennwandung hindurchgeführten Messleitungsweg.

Bekannte Zustandsdetektoren, beispielsweise Thermoelemente, besitzen eine Hin- und Rückleitung, welche bei Verwendung des Detektors zur Untersuchung des Zustandes in einem abgeschlossenen Raum durch die Trennwand hindurchgeführt werden müssen.

Auch bei den bisher bekanntgewordenen lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektoren oder Füllstandsanzeigern sind jeweils Lichtzuleitungen und Lichtableitungen in Form von Lichtleitern vorgesehen, die durch eine Trennwand oder Behälterwand geführt sein müssen, so daß mindestens jeweils zwei Durchführungen erforderlich sind ( deutsche Offenlegungsschrift 1 548 und deutsche Auslegeschrift 1 817 027 )."

BLe bekannten lichtelektrischen Flüssigkeitsdetektoren oder Füllstandsanzeiger haben außerdem den Nachteil, daß ihr Aufbau kompliziert und teuer ist, da wegen der räumlichen Trennung der Lichteinleitungsstelle von dar Lichtempfangsstelle

kompliziertere Armaturen notwendig sind.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor mit mindestens einem durch eine Trennwand geführten Messleitungsweg so auszubilden, daß bei Vereinfachung und Verbilligung des Aufbaues die Anzeige oder Überwachung des Zustandes in extremen Bedingungen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der genannte Messleitungsweg die Form eines einzigen, im wesentlichen geraden Lichtleiterstabes hat, welcher in einer einzigen Durchführung der Trennwandung verankert ist und an seinem in den zu untersuchenden Bereich hineinragenden, inneren Ende solche Oberflächengestalt besitzt, daß in den Lichtleiterstab eingeleitetes Licht im nicht ansprechenden Zustand des Anzeigers oder Detektors auf Grund Totalreflexion zu einem lichtempfindlichen Organ an dem dem inneren Ende gegenüberliegenden Ende des Lichtleiterstabes reflektiert wird, während bei Auftreten zu meldender Zustände an dem genannten inneren Ende des Lichtleiterstabes die Totalreflexion beseitigt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind an der vom inneren Ende abgewandten Stirnseite des Lichtleiterstabes unmittelbar eine Lichtquelle und das lichtempfindliche Organ ohne Zwischenschaltung von Abbildungsmitteln angesetzt oder eingesetzt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das innere Ende des Lichtleiterstabes zu dessen Längsachse hin zunehmend kleiner werdenden Krümmungsradius auf, ohne daß im Scheitelbereich eine Spitze oder Kante gebildet ist. Insbesondere ist das innere Ende in einem Axialschnitt entsprechend einer Parabel, Hyperbel, Kettenlinie oder Ellipsenhälfte profiliert.

¹^ Γι O <*■■■ Γ. "1 I Π ß 1 '^ ύ U Ü ο ϋ / / U D / ί

Eine solche Form des inneren Endes des Lichtleiterstabes hat zur Folge, daß diejenigen von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen, welche normalerweise zum lichtempfindlichen Organ reflektiert werden, sämtlich, im Scheitelbereich des inneren Endes des L'ichtleiterstabes eine Totalreflexion erfahren haben und daher bei Änderung des zu meldenden Zustandes im genannten Scheitelbereich des Lichtleiterstabes in ihrer Gesamtheit nicht mehr zu dem lichtempfindlichen Organ gelangen. Die erhaltene Anzeige ist daher von der Eintauchtiefe des Lichtleiterstabes im wesentlichen unabhängig und besitzt eine scharf ausgeprägte Charakteristik.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers oder Zustandedetektors sind in den anliegenden Ansprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird nunmehr anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor, teilweise im Axialschnitt,

Figuren 2a bis 2c verschiedene Formen des inneren Endes des Lichtleiterstabes,

Figur 3 eine gegenüber Figur 1 abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit einer Schutzhülse für den Lichtleiterstab,

Figuren 4 und 5 verschiedene Bauformen des vom inneren Ende ab liegenden Lichtleiterstabendes,

Figur 6 eine wieder andere Ausführungsform der Erfindung und

Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitt©® einer nochmals anderen Ausführungsform nach der Erfindung.

Bei der Ausführungsform nach Figur 1 ist in eine Gewindebohrun/^ einer Trennwand 1 ein Einsatz 2 eingeschraubt, welcher auf der Außensexte der Trennwand 1 mit einem Schlüsselprofil 3

309807/0672

versehen ist und am inneren Ende eine konzentrische Senkbohrung 4 aufweist, in der ein Teil eines Lichtleiterstabes 5 Aufnahme findet. Der Lichtleiterstab 5 ist mittels einer Überwurfmutter 6 und eines Dichtungsringes 7 in der dargestellten Weise in dem Einsatz 2 festgehalten und abgedichtet.

Das in den hinter der Trennwand 1 gelegenen Innenraum hineinweisende, innere Ende 8 des Lichtleiterstabes 5 besitzt mit Bezug auf einen Axialschnitt ein Profil entsprechend einer Halbellipse, während das von dem Ende 8 ab liegende, in der Senkbohrung 4 befindliche Ende 9 des Lichtleiterstabes flach abschließt und sich gegen den Grund der Senkbohrung 4 derart abstützt, daß selbst außerordentlich hohe Drücke, beispielsweise in der Größenordnung von 1000 atü;,von dem Lichtleiterstab 5 aufgenommen werden können.

Durch Abschrauben der Überwurfmutter 6 kann der Lichtleiterstab 5 in sehr einfacher Weise zum Zwecke des Austausches oder der Reinigung von dem Einsatz 2 gelöst werden.

In bestimmtem Abstand von dem Grund der Senkbohrung 4 endet eine von der Außenseite durch den Einsatz 2 geführte Bohrung 10, welche über zwei dünne Bohrungskanäle 11 und 12 mit der Senkbohrung 4 verbunden ist. Durch die Kanäle 11 bzw. sind Zuleitungen zu einer Strahlungsquelle 13 bzw. zu einem lichtempfindlichen Organ 14 geführt. Die Strahlungsquelle kann von einer Strahlung ämitti er enden Halbleiterdiode gebildet sein, während das strahlungsempfindliche Organ 14 die Form einer Fotozelle oder eines fotoempfindlichen Widerstandes haben kann. Die Anschlüsse zu den Bauteilen 13 und 14 haben über ein Kabel 15 mit einer Spannungsquelle bzw. mit einem Anzeigegerät Verbindung.

Die Figuren 2a bis 2c zeigen, daß anstelle des entsprechend einem Paraboloid oder einem Ellipsoid profilierten Endes 8 des Lichtleiterstabes 5 auch ein Abschluß entsprechend einer Kugelhälfte oder entsprechend einem Kegel vor-

- 4 • 309807/0H72

gesehen sein kann, wie in Figur 2 bei 16 und in Figur 2b bei 17 gezeigt ist. Insbesondere die Ausführungsform nach Figur 2b liefert eine von der Eintauchtiefe des kegelartigen Endes 17 abhängige Abzeige des betreffenden Füllstandsanzeigers oder Detektors, da erst bei Eintauchen der gesamten Kegelspitze kein Licht mehr zu dem lichtempfindlichen Organ reflektiert wird.

Der in Figur 2c ausschnittsweise gezeigte Lichtleiter— stab besitzt einen im wesentlichen flachen Abschluß an seinem unteren oder inneren Ende, welcher von einer Vielzahl den gesamten Stabquerschnitt überdeckender, kleiner Ansätze:· 18 gebildet ist, die ihrerseits wiederum entsprechend einem Paraboloid oder einem Hyperboloid oder einem Ellipsoid oder dergleichen profiliert sein können. Eine solche Ausführungsform liefert zwar eine von der Eintauchtiefe im wesentlichen unabhängige Anzeige, doch ist die Anzeige von dem Grad der Benetzung oder dem Grad der Berührung des Stabquerrschnittes abhängig, was für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann.

Wird eine Einrichtung nach der Erfindung als Flüssigkeits-Füllstandsanzeiger mit senkrecht stehender Achse des Lichtleiterstabes verwendet, so ergibt sich die in Figur 3 schematisch gezeigte Anordnung. Bei dieser Ausführungsform ist außerdem zum Schutz des Lichtleiterstabes in dem aus der Trennwand 1 hervorstehenden Bereich eine Schutzhülse 19 vorgesehen, die eine Entlüftungsöffnung 20 aufweist, um einen das Messergebnis verfälschenden Lufteinschluß in der Schutzhülse 19 zu vermeiden. Selbstverständlich kann auch eine entsprechende Schutzhülse in Verbindung mit der Ausführungsform nach Figur 1 Anwendung finden.

Die Einleitung von Licht und die Ableitung des vom inneren Stabende reflektierenden Lichtes vom jeweils anderen Ende des Lichtleiterstabes kann zwar durch strahlenteilende Mittel oder durch Abbildungsmittel mit im Winkel zueinander verlaufenden optischen Achsen erfolgen, doch sind die

309807/0672

Strahlungsquelle und das lichtempfindliche Organ vorzugsweise unmittelbar an der vom inneren Stabende 8 abgewandten Stirnfläche 21 angesetzt oder eingesetzt. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 befinden sich die Strahlungsquelle 13 und das strahlungsempfindliche Organ 14 in bestimmtem Abstand voneinander in exzentrischen Bereichen mit Bezug auf die Achse des Lichtleiterstabes 5, während bei der Ausführungsform nach Figur 5 die Strahlungsquelle 13 konzentrisch zu der ringförmig ausgebildeten Fotozelle 14 gelegen ist. Durch in den Zeichnungen nicht dargestellte Abschirmungsmittel ist dafür Sorge getragen, daß von der Strahlungsquelle aus nicht etwa unmittelbar Strahlung zu dem strahlungsempfindlichen Organ gelangen kann.

k Bei Anwendung des Füllstandsanzeigers oder Zustandsdetektors auf bestimmten Gebieten besteht die Gefahr, daß sich an dem hochempfindlichen, inneren Ende 8 des Lichtleiterstabes 5 ein Belag oder eine Verunreinigung ansetzt, welche zu einer dauernden Verfälschung des Messergebnisses oder der erwünschten Anzeige führen. In solchen Fällen findet bevorzugtermaßen die in Figur 6 vereinfacht dargestellte Ausführungsform Anwendung, bei welcher der Lichtleiterstab 5 im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen nicht in einem Einsatz endet, sondern über eine Einspannstelle, im vorliegenden Falle über einen Kegelabschnitt 22, durch die Trennwand 1 hindurchreicht und nach außen um ein bestimmtes Stück 23 verlängert ist. Die in Figur 6 mit 24 bezeichnete Einspannstelle ist mit Bezug auf den Lichtleiterstab 5 in seiner Gesamtheit so gewählt, daß diese Stelle am Orte eines Schwingungsknotens mit Bezug auf einen Transversal- oder Longitudinal-Schwingungszustand des Lichtleiterstabes 5 gelegen ist. Wird der Lichtleiterstab mittels eines Ultraschallgenerators vom außenliegendes. Ende 23 her in Schwingungen versetzt, so kann ein Belag oder eine Verunreinigung vom inneren Ende 8 des Lichtleiterstabes 5 gleichsam abgeschüttelt werden, ohne daß an der Stelle 24 eine den dichten Abschluß der Durchführung gefahr-=

3 0 9 8 0 7 / 0 B 7 2

dende Bewegung auftritt. Die Strahlungsquelle und das strahlungsempfindlich^ Organ sind hier in einem das äußere Ende des Lichtleiterstabes 5 umfassenden Ansatz 25 untergebracht.

Die Erfindung umfasst auch Anordnungen, bei welchen der Lichtleiterstab die Form eines Balkens 26 hat, der mit seiner größeren Querschnittsabmessung mit Bezug auf eine parallel zur Trennwand 1 gelegte:: Schnittfebene in Richtung eines abzutastenden, möglichen Wanderungsweges einer Grenzfläche, insbesondere eines Flüssigkeitsspiegels, liegt. Eine Ausführungsform dieser Art ist in Figur 7 gezeigt. Der Lichtleiter 26 weist auf seiner Innenseite durch Furchen getrennte Stege auf, die dachartig oder entsprechend einer Parabel, Hyperbel, Kettenlinie oder Ellipse mit Bezug auf einen Horizontalschnitt profiliert sind. Der Lichtleiter 26 ist UbQT ©in en Flansch 28 dicht in einen Durchbruch 29 der Trennwand 1 eingespannt und trägt auf seiner Außenseite einen Abtastkopf 30, der wiederum die Strahlungsquelle 13 und das strahlungsempfindliche Organ 14 enthält. Der Abtastkopf 30 kann mit Bezug auf die Darstellung nach Figur 7 in Vertikalrichtung einstellbar ausgebildet sein, so daß ein bestimmtes Flüssigkeitsniveau abgetastet werden kann, wobei im Falle des Ansprechens an der Profilierung 27 durch die hochsteigende Flüssigkeit die Totalreflexion für die von der Strahlungsquelle 13 zum strahlungsempfindlichen Organ 14 gelangende Strahlung beseitigt wird, so daß das strahlungsempfindliche Organ 14 eine entsprechende Anzeige oder Warnung auslösen kann.

- 7 9807/0(72

Claims

Patentansprüche.

(1, ,Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor mit mindestens einem durch eine Trennwand hindurchgeführten Messleitungsweg, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Messleitungsweg die Form eines einzigen, im wesentlichen geraden Lichtleiterstabes (5 bzw. 26) hat, welcher in einer einzigen Durchführung (2 bzw. 24 bzw. 28, 29) der Trennwand (1) verankert ist und an seinem in den zu untersuchenden Bereich hineinragenden, inneren Ende (8 bzw. 27) solche Oberflächengestalt besitzt, daß in den Lichtleiterstab eingeleitetes Licht im nicht ansprechenden Zustand des Anzeigers oder Detektors auf Grund Totalreflexion zu einem an dem dem inneren Ende gegenüberliegenden Ende des Lichtleiterstabes befindlichen, lichtempfindlichen Organ (14) reflektiert wird', während bei Auftreten zu meldender Zustände an dem genannten inneren Ende des Lichtleiterstabes die Totalreflexion beseitigt wird.
2. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der von dem inneren Ende abgewandten Stirnseite (21) des Lichtleiterstabes (5) unmittelbar eine Lichtquelle (13) und das lichtempfindliche Organ (14) ohne Zwischenschaltung von Abbildungsmitteln angesetzt oder eingesetzt sind.
3. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die vo η dem inneren Ende (8) abgewandte Stirnseite (21) des Lichtleiterstabes (5) gegen eine Stützfläche eines an der Trennwand (1) verankerten Konstruktionsteiles (2) abstützt.
4. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterstab über die Einspannetelle (24) an der Durchführung durch die Trennwand (1) hinaus so verlängert ist, daß die Einspannetelle den Knotenbereich für mindestens einen

3 0 9 8 0 7 / 0 C 7 2

Schwingungszustand des Lichtleiterstabes bildet, welcher zum Entfernen von Belägen oder Verunreiniglangen am inneren Ende (8) mittels eines Schwingungserzeugers in Schwingungen versetzbar ist.
5. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterstab (5) in dem zu untersuchenden Bereich von einer Schutzhülse (19) umgeben ist.
6. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende (8) des Lichtleiterstabes (5) einen zur Längsachse zunehmend kleiner werdenden Krümmungsradius aufweist, ohne daß im Scheitelbereich eine Spitze oder Kante gebildet ist, insbesondere daß das innere Ende in einem Axialschnitt entsprechend einer Parabel, Hyperbel, Kettenlinie oder Ellipsenhälfte profiliert ist.
7. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterstab (26) balkenartig derart ausgeführt ist, daß eine größere Abmessung der Querschnittsfläche bezüglich eines parallel zur Trennwand (1) gelegten Schnittes durch den Stab in Richtung eines abzutastenden, möglichen Wanderungsweges einer Grenzfläche liegt und daß außerhalb der Trennwand an einer Stirnfläche ein sowohl eine Strahlungsquelle (137 als auch ein strahlungsempfindliches Organ (14) enthaltender Abtastkopf (30) unmittelbar angesetzt ist.
8. Füllstandsanzeiger oder Zustandsdetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das innenliegende Ende des balkenartigen Lichtleiterstabes (26) mehrere im Querschnitt im wesentlichen winkelige Profilrillen und Profilstege besitzt, die parallel zu dem Wanderungsweg der Grenzfläche verlaufen.

_ 9 3 0 9 8 0 7/0672