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BEZEICHNUNG: Einrichtung zur Anzeige von Undicht-
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heiten an Gefäßen mit einem Testraum.
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Zusatz zum Patent .....
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(Anm. P 27 07 410.8)
Das Hauptpatent betrifft eine
Einrichtung zur Anzeige von Undichtheiten an einwandigen oder doppelwandigen Gefäßen
oder Gefäßsystemen (wie z.B. Rohrleitungen) für flüssige und gasförmige Medien,
mit einem auf Dichtheit zu überwachenden Test raum, in dem ein vom normalen Atmosphärendruck
(bei Doppelwandigkeit gegebenenfalls auch vom Gefäßinnendruck) abweichender Druck
(Testdruck) durch eine den allmählich infolge der natürlichen, unschädlichen Undichtheiten
stattfindenden Druckausgleich unter Vermeidung einer Alarmgabe kompensierende Pumpe
mit elektrischem Antrieb aufrechterhalten wird. Dabei sind Mittel, welche Auswirkungen
ein als zulässig angenommenes Maß überschreitender Undichtheiten auf die Druckverhältnisse
im Testraum als Kriterium einer Leckage anzeigen, sowie ein Zeitgeber vorgesehen,
der jeweils nach Ablauf fest einstellbarer Zeitintervalle die zur Aufrechterhaltung
des Druckes im Testraum dienende Pumpe einschaltet. Zum Ausschalten der Pumpe dient
eine die Leistungsaufnahme des elektrischen Antriebs der Pumpe während des Pumpenbetriebes
als Kriterium der Druckverhältnisse im Testraum selbsttätig messende und in Abhängigkeit
von einer vorbestimmten Große dieser Leistungsaufnahme (Last) ansprechende Vorrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung nach dem
Hauptpatent mit dem Ziel weiter auszugestalten, daß die Auslösung des Leckalarms
oder eines anderen, entsprechenden Signals bereits dann erfolgt, wenn ein Leck vorhanden
ist, das größer ist als die sogenannten natürlichen Undichtheiten und durch das
eine Gasmenge pro Zeiteinheit strömen kann, die beispielsweise nur etwa der Fördermenge
pro Zeiteinheit der Pumpe entspricht oder sogar noch erheblich kleiner sein kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zur
Überwachung der Pumpenbetriebsdauer vorgesehen sind, die durch jeden Steuerimpuls
des Zeitgebers zum Start des Pumpenantriebs oder in einem festen zeitlichen Abstand
von dessen Zeitpunkt gesetzt (gestartet) und nach Ausschalten der Pumpe zurückgesetzt
werden und die im Falle einer vorbestimmten Verzögerung oder eines etwaigen Ausbleibens
des von der in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme (Last) ansprechenden Vorrichtung
zu gebenden Ausschaltsignals für den Pumpenantrieb ein Alarm- und/oder ein sonstiges
Signal auslösen.
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Dabei kann ferner vorgesehen werden, daß die Alarm- und/oder sonstige
Signalgabe erst erfolgt, wenn bei laufender Pumpe der Zeitgeber einem weiteren Steuerimpuls
oder eine vorbestimmte Anzahl von weiteren Steuerimpulsen gegeben hat.
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Bei einer derartigen Vorrichtung müssen Pumpenfördermenge und Intervalleinstellung
des Zeitgebers so aufeinander abgestimmt bemessen sein, daß, unter der Voraussetzung
eines relativ dichten Testraums, keine Alarm- oder andere, weiterführende Signalauslösung
bewirkt wird, wenn die Pumpe bis zu dem vorgegebenen Grenzzeitpunkt den gewUnschten
Solltestdruck in dem aefäß oder Gefäßsystem - bei dem die Pumpe ausgeschaltet wird
- zum Ausgleich unschädlicher kleiner Undichtheiten wiederhergestellt hat. Dieser
Grenzzeitpunkt kann beispielsweise zusammentreffen mit dem Auslösezeitpunkt des
jeweils nachfolgenden Zeitgeberimpulses oder in einer festen zeitlichen Beziehung
zu diesem Zeitpunkt stehen. Der Grenzzeitpunkt kann aber auch zeitlich verschoben
sein, beispielsweise durch Anordnung von rUcksetzbaren Verzögerungsgliedern zwischen
Zeitgeber und Alarmsignaleinheit, so daß zwischen dem Einschalten der Pumpe und
dem Grenzzeitpunkt mindestens zwei Zeitgeberimpulse ausgelöst werden. Derartige
Verzögerungsglieder können aus Dekadenzählern, Frequenzteilern, aber auch aus anderen,
ähnlich wirkenden Vorrichtungen gebildet werden.
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Wird die normale zur Kompensation der unschädlichen Leckverluste erforderliche
Pumpzeit infolge des Vorhandenseins einer schädlichen Undichtheit überschritten,
so erreicht die Pumpbetriebsdauer den vorgegebenen Grenzzeitpunkt, womit das Alarmkriterium
gegeben ist. Das Alarmsignal wird unmittelbar oder durch den nachfolgenden Zeitgeberimpuls
gesetzt. Die Empfindlichkeit der Leckanzeige wird durch
die Förderleistung
der Pumpe, d.h. ihre Fördermenge in der Zeiteinheit, und durch die Impulsfolgefrequenz
des Zeitgebers bestimmt. Bei relativ großem Testraum können relativ kleine Impulsfolgefrequenzen,
d.h. relativ große Intervalle zwischen den Zeitgeberimpulsen, von Vorteil sein,
weil infolge des größeren Gasvolumens die durch die unschädlichen Leckverluste und
deren Kompensation verursachten Druckschwankungen geringer sind als bei Testräumen
mit kleinerem Gasvolumen.
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Beispielsweise kann der Antrieb der Pumpe durch den Zeitgeberimpuls
direkt oder in einem festen Zeitabstand von dem Zeitpunkt dieses Impulses eingeschaltet
und durch eine die Last (Leistungsaufnahme) des Pumpenantriebs während des Laufs
der Pumpe als indirektes Maß für den jeweiligen Druckzustand in dem Gefäß oder Gefäßsystem
selbsttätig messende Vorrichtung ausgeschaltet werden, und es kann ein Alarm- oder
sonstiges Signal ausgelöst werden, wenn die Pumpe bei Auslösung des nachfolgenden
Zeitgeberimpulses (oder auch eine kurze Zeit danach) noch nicht ausgeschaltet ist,
weil die Wiederherstellung des die Ausschaltschwelle der Pumpe bildenden Soll-Testdrucks
sich verzögert hat oder ausgeblieben ist.
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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigt schematisch
Fig. 1 die grundsätzliche Wirkungsweise
der Leckanzeige gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine solche Leckanzeigevorrichtung mit
Schwingankerpumpenantrieb (der Pumpenteil sowie das angeschlossene Gefäß sind nicht
eingezeichnet) und mit elektronischen Bauelementen, das Ganze in vereinfachter Darstellung.
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Die Stromversorgung der einzelnen Bauelemente - mit Ausnahme des Pumpenantriebs
- sind in beiden Figuren der Einfachheit halber nicht mit eingezeichnet. Ebenfalls
wurden Potential-Trennstufen nicht mit angegeben, da sie für die grundsätzliche
Wirkungsweise der neuen Einrichtung ohne entscheidende Bedeutung sind.
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Bei der Leckanzeigevorrichtung gemäß Fig. 1 wird die druckabhantige
Leistungsaufnahme (Last) des Pumpenantriebs 1 von der Last (oder Leistungsaufnahme)
Meßstufe 2 gemessen.
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Die Meßwerte werden der Auswertestufe 3, beispielsweise einem Schwellwertschalter
oder Frequenzzähler, zugeführt.
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Die Steuerlogik 4 zur Steuerung des Pumpenantriebs 1 und der Vorrichtung
6 zur Abgabe des Alarmsignals ist mit der Auswertestufe 3, dem Zeitgeber 5, der
Alarmvorrichtung 6, und über die Steuerleitung 7 mit dem Pumpenantrieb 1 verbunden.
Als Steuerelemente können sowohl elektronische als auch mechanische Bauteile verwendet
werden. Auch ist es für die Wirkungsweise der Erfindung ohne entscheidende
Bedeutung,
ob die Schaltanordnung in diskreter oder integrierter Bauweise ausgeführt ist. Die
Steuerlogik 4 kontrolliert den Einsatz des Pumpenantriebs lund des Alarmsignals
6. Sie schaltet den Pumpenantrieb 1 mittels des Zeitgeberimpulses ein und auf Steuerbefehl
der Auswertestufe 3 bei Erreichen des Soll-Testdrucks in dem zu überwachenden Testraum
aus. Wird der Steuerbefehl der Auswertestufe 3 z.B. infolge verzögerter Wiederherstellung
oder Ausbleibens der Wiederherstellung des Solltestdrucks verspätet oder gar nicht
gegeben, so schaltet die Steuerlogik 4 das Alarmsignal 6 ein.
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Bei der Leckanzeigevorrichtung mit Schwinganker-Pumpenantrieb gemäß
Fig. 2 wird die Magnetspule 8 des Pumpenantriebs, die mit einem Abgriff versehen
ist, Uber den Schaltschütz 9 und den Gleichrichter 17 von der Wecheelstromquelle
19 gespeist. Das Schaltelement zum Ein- und Ausschalten des Pumpenantriebs kann
auch ein Transistor, ein Thyristor, ein Triac, ein mechanisches oder optisches Relais,
eine Kombination von diesen Elementen oder eine sonstige, ähnlich wirksame Schaltanordnung
sein, die auch gegebenenfalls Potentiale zwischen Steuer- und Schaltspannung trennt.
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Der Abgriff der Magnetspule 8 ist Uber die Impulsformerstufe 10 mit
dem Schwellwertschalter 11 verbunden. Durch die ein Kriterium des druckabhängigen
Spannungsabfalls der Magnetspule 8 zwischen Abgriff und Masseanschluß darstellenden
Spannungsimpulse der Impulsformerstufe 10
wird der Schwellwertschalter
11 angesteuert und bei Erreichen einer vorbestimmten, einstellbaren Schaltschwelle
geschaltet. Dabei gibt der Schwellwertschalter 11 ein Impulssignal "Pumpe aus" ab.
Dies Signal besagt, daß im Testraum des zu überwachenden Gefäßes der Soll-Testdruck
erreicht ist und die Pumpe ausgeschaltet werden kann.
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Der Zeitgeber 12 erzeugt in regelmäßigen Abständen wiederkehrende
Impulse einstellbarer Impulsdauer. Die Impulsintervalle des Zeitgebers können ebenfalls
- je nach Anwendungsfall - in weiten Bereichen variiert werden. So kann der Impulsabstand
- je nach Einstellung des Zeitgebers - beispielsweise einige Minuten bis zu vielen
Stunden oder Tagen betragen. Die Zeitgeberimpulse kOnne + uch aus der Wechselstrom-Netzfrequenz
durch Zwischenschaltung von Frequenzteilerstufen, Dekadenzählern, Uhrenbausteinen
oder ähnlich wirkenden Bauelementen gewonnen werden.
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Die Steuerlogik der Leckanzeigevorrichtung gemäß Fig. 2 besteht aus
acht Nand-Gliedern mit je zwei Eingängen mit den Bezeichnungen: G1, G2, G3, a4,
G5, a6, a7, 08. Die R-C-Kombinationen 15 und 16 dienen als negative Flankendetektoren.
Die Nand-Glieder G3 und a4 bilden das Pumpen-Flip-Flop, eine bistabile Multivibratorschaltung
zum Ein-und Ausschalten des Pumpenantriebs 8 über die Steuerleitung 18 und den Schaltschütz
9. Die Nand-Glieder a7 und
a8 bilden das Alarm Flip-Flop zum Schalten
des Alarmsignals 13. Die Taste 14 dient zum Rücksetzen des (gesetzten) Alarm-Flip-Flops
07 - G8 und damit zum Löschen des Alarmsignals 13.
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Am Beispiel angenommener Einstellwerte und Schaltzustände der wesentlichen
Bauelemente soll die Wirkungsweise dieser Vorrichtung kurz erklärt werden. (Die
Bedeutung der Begriffe der Digitaltechnik werden als bekannt vorausgesetzt.) Der
angenommene H-Zustand des Zeitgeber-Ausgangs geht nach Ablauf des Zeitgeberimpuls-Intervalls
von beispielsweise einer Stunde Dauer fUr etwa 0,1 Sek. Dauer auf L (Signal I).
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Die zugehörige negative Flanke löst über die R-C-Kombination 16 in
G5 einen etwa 10/u Sek langen positiven Impuls (Signal II) aus, der wiederum mit
seiner negativen Flanke Uber eine weitere R-C-Kombination 15 das Pumpen-Flip-Flop
G3 - G4 in G4 setzt. Das zeitlich unmittelbar vor dem Pumpeneinschaltimpuls (Setzen
von G4) liegende Signal II dient dazu, über das Nand-Glied Q6 das Vorliegen der
Alarmbedingung (Verzögerung oder Ausbleiben des Ausschaltens des Pumpenantriebs)
zu überprU£en. Ist nämlich das Pumpen-Flip-Flop G3 - G4 bereits gesetzt, beispielsweise
durch den vorangegangenen Zeitgeberimpuls, während das Signal II ansteht, dann wird
das Nand-Olied G6 durchgeschaltet und das nachgeordnete Alarm-Flip-Flop G7 - G8
gesetzt. Damit wird das Alarmsignal 13 ausgelöst. Durch Betätigung der Taste 14
kann das
Alarm-Flip-Flop C7 - G8 rückgesetzt und das Alarmsignal
13 gelöscht werden.
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Die Nand-Glieder G1 und G2 haben die Aufgabe, das von dem Schwellwertschalter
11 bei Erreichen des Soll-Testdrucks im Testraum abgegebene Signal "Pumpe aus, solange
der Zeitgeber-Ausgang sich im L-Zustand befindet, nicht zur Wirkung kommen zu lassen.
Durch diese Maßnahme ergibt sich eine Mindestlaufzeit der Pumpe nach jedem Zeitgebersignal,
in der die Anlaufphase des Pumpenantriebs, die sich störend auf die Leistungsaufnahmemessung
(Lastmessung) auswirken kann, durch Nichtbeachtung etwaiger "Pumpe aus-Signale Uberbrückt
wird.
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Im Normalfall (bei dichtem Testraum) wird das Pumpen-Flip-Flop G3
- G4 durch das "Pumpe aus" - Signal des Schwellwertschalters 11 über die Nand-Glieder
G1 und G2 in G3 rückgesetzt und damit die Pumpe ausgeschaltet.
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Die Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung beschränken
sich nicht auf die hier im einzelnen dargestellten und beschriebenen Beispiele.
Insbesondere kann der im Testraum aufrechterhaltene, vom Atmosphärendruck abweichende
Druck sowohl Unterdruck als auch Überdruck sein. Der Testraum kann bei Verwendung
eines luftdicht abgeschlossenen einwandigen Behälters auch der Hohlraum oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels sein.