DE2738296C3 - Vorrichtung zur Anzeige der Lage von in hohlzylinderförmigen Gehäusen bewegten Kolben oder Schwimmern von Strömungsmessern, Hydraulikanlagen, Niveaumeldern o.dgl - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige der Lage von Kolben oder Schwimmern, die in hohlzylinderförmigen Gehäusen von Strömungsmessern, Hydraulikanlagen, Niveaumeldern od. dgl. bewegt werden, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es sind bereits eine große Anzahl Einrichtungen bekannt, um die Lage von Kolben, Schwebekörpern, Scheiben, Schwimmern, Meßblenden oder dgl., die sich im Innern von hohlzylinderförmigen Körpern bewegen, auf der Außenseite dieser Körper anzuzeigen. Bei Strömungsanzeigern und Niveaumeldern ist eine solche Anzeige insbesondere dann erforderlich, wenn es sich um trübe oder undurchsichtige Flüssigkeiten handelt, die überwacht werden sollen.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art zur Überwachung von Schmierölen wird ein aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellter Körper in einer Förderleitung aus nicht magnetisierbarem Werkstoff angeordnet und durch die Rückführkraft einer Feder gehalten. Um den Leitungsaußendurchmesser ist der mit dem Kontrollkörper sich bewegende Anzeigering angeordnet, der ebenfalls aus ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist Entweder der Körper oder der Anzeigering sind permanentmagnetisiert, wodurch sichergestellt wird, daß bei Bewegung des Körpers der Anzeigering mitgenommen wird. Die Lage dieses Anzeigeringes ist bei Betrachtung aus allen Richtungen gut feststellbar.

Es ist auch eine Anordnung bekannt geworden, bei der zwei entgegengesetzt magnetisi-Tte Zylinder- oder Ringmagnete im Strömungs- oder Füllraum angeordnet sind, die auf eine ferromagnetische Kugel einwirken, die sich außerhalb des Strömungs- oder Druckraumes in einer Nut auf der Außenseite des hohlzylinderförmigen Gehäuses abrollt.

Zusätzlich sind eine Reihe von Einrichtungen bekannt, bei denen im Strömungs- oder Druckraum Permanentmagnete angeordnet sind, während sich die Anzeigeeinrichtungen als Kugeln oder Körper in einer Flüssigkeit außerhalö des Druckraumes befinden, wobei der Gewichtseinfluß dieser Kugeln oder Körper auf die Genauigkeit der Anzeige durch die Flüssigkeit verringert ist.

Diese bekannten Einrichtungen haben für die Praxis eine Reihe von Nachteilen. Die meisten Einrichtungen weisen eine erhebliche Hysterese zwischen Bewegung der Kolben oder Schwimmer und der magnetisch bewegten Anzeigevorrichtung auf. Lediglich die Einrichtung, bei der die ferromagnetische Kugel im verzerrten Mittelfeld der in entgegengesetzter Richtung axial magnetisierten Permanentmagnete geführt wird, vermeidet diese Hysterese im Bewegungsablauf. Diese Vorrichtung hat allerdings den Nachteil, daß sie nur von einer Seite beobachtet werden kann, während in der Praxis im allgemeinen für solche Einrichtungen eine Beobachtung von allen Seiten erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung gibt eine Lösung des Problems an, bei der eine hysteresefreie Führung der Anzeigevorrichtung bei genau synchronem Ablauf mit

der Bewegung des Kolbens oder des Schwimmers erreicht ist. Darüber hinaus ist eine Rundumbeobachtung oder -ablesung sichergestellt. Dies wird bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß der Anzeigering aus einem unmagnetischen, metallischen oder nicht metallischen Kugelkäfig mit einer Vielzahl von ferromagnetischen Kugeln besteht, die nach Art eines Kugellagers in den Kugelkäfig eingesetzt sind und auf der Außenwand des Gehäuses abrollen können. ι ο

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegeustandes besteht aus einer Anzeigevorrichtung, bei der jedem Pol des Permanentmagneten ein mit Kugeln bestückter Käfig bei mechanischer Kopplung beider Käfige mittels des Anzeigeringes zugeordnet ist Der Kolben oder Schwimmer kann auch mit zwei direkt benachbarten, in entgegengesetzter Richtung magnetisierten ring- oder zylinderförmigen Magneten bestückt werden, wobei der Anzeigering mit der Vielzahl der ferromagnetischen Kugeln in Höhe der Trennebene der beiden benachbarten Magnete angeordnet ist. Dabei kann je ein solcher Kugelkäfig auch jedem der beiden Außenpole der Magnetanordnung zugeordnet werden, wobei alle drei Käfige mechanisch durch den Anzeigering verbunden sind.

Die Erfindung ist besonders in Verbindung mit Strömungsmessern und Niveauanzeigern geeignet, wenn es darum geht, beispielsweise Flüssigkeiten, die unter hohem Druck stehen, zu überwachen. Auch solche Flüssigkeiten, die in starkem Maße aggressiv oder explosionsgefährdet sind, können mit Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht werden. Bei solchen Flüssigkeiten verbietet sich bekanntlich der Einsatz von Geräten mit aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff hergestellten Gehäuse. Das bei Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Metallgehäuse beseitigt die Gefahr eines Brechens durch Stoß oder Erschütterung und auch die Gefahr des Berstens bei hohen Drücken. Die Gehäusewandung kann in jedem Fail so stark gewählt werden, daß die vorgenannten Gefahren ausgeschaltet sind. Dieses gilt naturgemäß auch für die Anzeige der Stellung von Kolben in Zylindern von Hydraulikanlagen. Allerdings ist auch hier Voraussetzung, daß die Zylinder aus nicht ferromagnetischen Werkstoffen hergestellt sind, um einen Durchtritt des permanentmagnetischen Feldes von den Magneten im Kolben zur Anzeigevorrichtung zu gestatten.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 8 im einzelnen erläutert. w

F i g. I zeigt in schematischer Darstellung die Ausbildung der Anzeigevorrichtung unter Verwendung eines Ringmagneten im Kolben.

Fig.2 zeigt die Anordnung mit zwei Kugelkäfigen, die jeweils einem Pol des ring- oder zylinderförmigen μ Magneten zugeordnet und durch einen gemeinsamen Anzeigering gekoppelt sind. Der Vorteil einer solchen Vorrichtung gegenüber Fig. I besteht aus der verdoppelten magnetischen Kopplungskraft.

F i g. 3 gibt in schematischer Darstellung eine Einrichtung mit zwei ring- oder zylinderförmigen Magneten wieder, wobei die in entgegengesetzter Richtung magnetisierten Magnete direkt mit ihrem gleichpoligen Stirnflächen aufeinandergefügt sind. In diesem Fall ist der Kugelkäfig einschließlich der (>:> Vielzahl ferromagnetischer Kugeln in Höhe der Trennebene der beiden A iagnete angeordnet.

F i g. 4 zeigt schematisch die Anordnung von insgesamt drei Kugelkäfigen mit je einer Vielzahl ferromagnetischer Kugeln, wobei der mittlere Käfig wiedemm in Höhe der Trennebene der beiden Magnete liegt, während die beiden Außenkäfige den Endflächen der beiden Magnete zugeordnet sind.

F i g. 5 gibt den Längsschnitt eines mit Geradsitzventil ausgerüsteten Strömungsanzeigers wieder.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Fig.5 in Verbindung mit einem mit Flanschen versehenen Geradsitzgehäuse.

Fig. 7 gibt den Längsschnitt eines Strömungsanzeigers mit geradlinig durchströmtem Durchflußgehäuse wieder, bei dem die Anzeigevorrichtung diekt im Leitungszug angebracht ist

Fig.8 stellt den Längsschnitt einer Einrichtung dar, bei der die Anzeigevorrichtung einem Niveaumelder zugeordnet ist. Für die Lageüberwachung von Kolben in Zylindern kann die Anordnung in ähnlicher Weise wie in F i g. 8 dargestellt, verwendet werden.

In dem. in F i g. I gezeigten ',chema ist 1 ein Permanentmagnet, der beispielsweise > us Bariumferrit oder aus seltenen Erden bestehen kann. Der Magnet ist in axialer Richtung magnetisiert, so daß seine Pole an den Stirnflächen 2 und 3 auftreten. Er befindet sich in dem hohlzylinderförmigen Gehäuse 4, das aus nicht ferromagneiischem Werkstoff, wie beispielsweise Kupfer, Messing, rostfreiem Edelstahl oder Kunststoff, besteht. Eine große Anzahl von ferromagnetischen Kugeln 5' und 5" umgeben den Hyhlzylinder 4 im Bereich einer der stirnseitigen Polflächen 2 oder 3 des Magneten 1. Solche Kugeln werden beispielsweise in der Kugellagerindustrie verwendet Sie führen den nicht ferromagnetischen Anzeigering 6. der den Hohlkörper 4 umgibt. Das Einfüllen dieser Kugeln in den Ring kann so erfolgen, daß der Ring an einer Stelle mit einer Füllöffnung versehen ist. Wenn die Füllöffnung am Außenumfang angebracht ist, so treten die Kugeln nach dem Füllen nicht mehr aus, da sie magnetisch nach innen gezogen werden. Das Füllen des Anzeigeringes kann jedoch auch so erfolgen, daß dieser bis an das Ende des Hohlkörpers 4 bewegt wird und so gehalten wird, daß er das Ende des Hohlkörpers mindestens um den Durchmesser der Kugeln mit seiner oberen Kante überragt. Nunmehr können die Kugeln beliebig von oben eingeführt werden. Endlich kann der Anzeigering 6 auch zweiteilig ausgebildet und nach dem Füllen an seiner Außenseite vernietet, verlötet oder verklebt werden.

Aufgrund der Wirkung des permanentmagnetischen Feldes werden die Kugeln 5 auf die Oberfläche des Gehäuses 4 gezogen. Sie stoßen sich dabei gegenseitig ab, wodurch eine völlig gleichmäßige Verteilung der Kugeln über den Umfang auch dann erreicht wird, wenn mit einem relativ geringen Füllungsgrad gearbeitet wird. Praktische Versuche haben ergeben, daß ein Füllfaktor von 60 bis 70% die besten Bedingungen für eine hysteresefreie Bewegung des Anzeigerings 6 beim Verschieben der Magneten 1 bietet. Der Anzeigering 6 wird zweckmäßigerweise von einem durchsichtigen Anzeigerohr 8 aus Glas oder Kunststoff umgeben, Dieses Anzeigerohr kann auf dem Innen- oder Außenumfang mit den Linien 7 versehen sein. Zusätzlich kann auf dem Innen- oder Außenumfang eine Skala mit Prozentzahlen oder tatsächlichen Werten für die Strömungsmenge angebracnt sein.

In Fig. 2 ist eine Ausführung dargestellt, bei der jedem Pol 12 und 13 des in diesem Fall als Ring ausgebildeten Magneten 11 Kugeln 15' und 15"

zugeordnet sind, die von je einem Käfig 16' und 16" geführt werden. Die beiden Käfige 16' und 16" sind durch den Anzeigering 17 zusammengefaßt, der wiederum auf einem durchsichtigen Rohr 18 mit innen- oder außenliegender Skalierung 19 die Lage des Magneten 11 im undurchsichtigen Gehäuse 14 anzeigt.

Die Ausbildung der Vorrichtung mit zwei Magneten, die in entgegengesetzter Richtung axial magnetisiert sind, ist in F i g. 3 wiedergegeben. Die beiden Ringmagnete 21' und 21" liegen mit ihren gleichen Polen bei 23 aufeinander. Auf gleicher Höhe berinden sich die Kugeln 25. die den Anzeigering 26 führen. Auch in diesem Tail ist dem Anzeigering ein durchsichtiges Anzeigcrohr 28 zugeordnet, das innen oder außen skaliert ist. wie bei 27 dargestellt. Anstelle des An/.eigerohres können naturgemäß auch Anzeigekäfige oder streifenförmige Skalen Verwendung finden.

F i g. 4 zeigt die zusätzliche Anordnung von je einem Käfig 36' und 36"' im Bereich der freien Endpole 32' und 32" der beiden Magnete 31' und 31", die mit ihren gleichnamigen Polen bei 33 aufeinander liegen. Die Käfige 36' und 36'" werden von den Kugeln 35' und 35'" geführt. Sie bilden mit dem Käfig 36", der von den Kugeln 35" geführt wird, gemeinsam den Antrieb für den Anzeigering 37, der mit dem spitzauslaufenden Anzeiger 38 versehen ist. Die Magnete 31' und 31" bewegen sich wiederum im Gehäuse 34. das außen von einem Anzeigerohr 39 umgeben ist. Auch hier kann eine entsprechende Skalierung auf der Innen- oder Außenoberfläche des Anzeigerohres 39 angebracht sein.

Für die Durchflußüberwachung flüssiger oder gasförmiger Medien dient das in F i g. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel. Auf einem Geradsitzgehäuse 41 mit beidseitigem Innengewinde befindet sich der Kopfteil 42. der einen Kolben 43 mit einseitig aufgebrachtem Strömungszapfen 44 enthält. Auf dem Kolben befinden sich zwei Magnete 47' und 47". Die Führung des durch eine Feder 46 abgestützten Kolbens ist durch die beiden Führungsstücke 45 sichergestellt. Die Stützfeder befindet sich zwischen dem Strömungs-/apfcii 44 UMU Lien FünruMgsMiicken im unteren Geräteteil. Auf gleicher Höhe der Berührungslinie der beiden in entgegengesetzter Richtung axial magnetisieren Magnetringe 47' und 47" befindet sich der als Anzeigering ausgebildete Kugelkäfig 49. der die ferromagnetischen Kugeln 48 enthält. Das durchsichtige Anzeigerohr 50. welches wiederum an seiner Innenoder Außenseite, wie bei 51 gezeigt, skaliert ist. wird durch den Deckel 52 gehalten. Tritt nun ein gasförmiges oder flüssiges Medium in Richtung des Pfeiles 53 in das Gehäuse 51 ein, so wird der Kolben 43 gegen den Druck der Feder 46 nach oben gehoben. Der Anzeigering 49 wird über die Kugeln 48 von den beiden Magneten 47' und 47" ohne jede Hysterese synchron bewegt. Das durchsichtige Anzeigerohr 50 kann wiederum mit Prozent- oder Mengenangaben versehen werden, wobei eine Drehung des Anzeigerohres um 360° möglich ist.

um diese Mengenangaben in den besten Blickwinkel zu bringen.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung. Das mit Flanschen ι versehene Geradsitzgehäuse 61 trägt den Aufsatz 62, in dem sich der mit dem Magneten 67', 67" bestückte Kolben 63 einschließlich des Strömungszapfens 64 aufwärts oder abwärts bewegt. Der Kolben wird durch die Führungsstücke 65 in axialer Richtung geführt und ι» von der in diesem Fall oberhalb der Magneten angebrachten Feder 66 gegen den Druck des strömenden Mediums abgestützt. Der Anzeigering 69' wird wiederum von den ferromagnetischen Kugeln 68' geführt, die auf der Höhe der Trennebene der beiden η Magnete 67', 67" den Aufsatz 62 umgeben. Bei voller Strömung befinden sich die ferromagnetischen Kugeln in der Stellung 68". Sie haben dann den Anzeigering 69" in diese höchste Stellung gebracht. Das Sichtrohr 70 ist wieder innen oder außen mit der Skalierung 71 .'ο versehen. Es wird von der Kappe 72 gehalten.

F i g. 7 zeigt eine Ausführung bei Verwendung eines geradlinigen Durchgangsgehäuses 80. Das zu überwachende Medium tritt in Richtung des Pfeiles 81 ein; es bewegt den Kolben 84, der die beiden in entgegengc r, setzter Richtung magnetisierten Permanentmagnete 85 trägt gegen den Druck der Feder 87 in Richtung der Strömung «1. Die das Durchgangsgehäusc in Höhe der Trennlinie der beiden Magnete 85 umgebenden ferromagnetischen Kugeln 86 führen den als Käfig «ι ausgebildeten Anzeigering 88, der von einem Sichtrohr 89 umgeben ist. Das Durchgangsgehäuse ist mit dem Einströmstück 82 und dem Ausströmstück 83 versehen. Diese über O-Ringe gedichteten Strömungsstücke können im Durchgangsgehäuse beliebig gedreht wer-)-, den, so daß angebrachte Skalen auf dem Sichtrohr 89 in die beste Ableseposition gebracht werden können.

Bei Anwendung für die Überwachung von Niveauständen oder für die Anzeige der Lage von Kolben in Zylindern ist die Ausführungsform gemäß F i g. 8 in geeignet. Bei der Niveauüberwachung ist das Standrohr vi ein- oder beitienuig mil dem zu überwachenden Behälter verbunden. Die beiden in entgegengesetzter Richtung magnetisierten Magnetringe 93' und 93" sind in den Schwimmer 92 eingepreßt. Dieser ist mit einer i> oder mehreren Längsbohrungen 98 ausgerüstet. Seine Größe wird entsprechend dem spezifischem Gewicht des zu überwachenden Mediums ausgelegt, so daß er mit Sicherheit an der Oberfläche des Mediums schwimmt. Außerhalb des Standrohres 91 befinde! ich V) der als Kugelkäfig ausgebildete, nicht ferromagnetische Anzeigering 95, der von der Vielzahl der Kugeln 94 getragen wird. Bei Füllstandsveränderung in Richtung des Pfeiles 96 folgt der Anzeigering 95 hysteresefrei der Bewegung des Schwimmers 9Z Auch in diesem Fall kann die Anzeigevorrichtung mit zwei oder drei Kugelkäfigen ausgebildet werden, die gemeinsam den Anzeigering tragen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Anzeige der Lage von in hohlzylinderförmigen Gehäusen bewegten, mit mindestens einem Permanentmagneten bestückten Kolben oder Schwimmern von Durchflußmessern, Hydraulikanlagen, Niveaumeldern od. dgl, mit einem mit geringem Abstand zur Außenwand des Gehäuses frei beweglichen und vom Magneten des Kolbens oder Schwimmers mitgenommenen äußeren Anzeigering, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigering (6, 17, 26, 37) aus einem unmagnetischen metallischen oder nicht metallischen Kugelkäfig und einer Vielzahl von ferromagnetischen Kugeln (5', 15, 16', 25', 35', 35", 35'") besteht, die nach Art eines Kugellagers in den Kugelkäfig eingesetzt sind und auf der Außenwand des Gehäuses (4,14,24,34) abrollen können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da2 jedem Pol (12, 13) des Permanentmagneten (11) ein mit Kugeln (15', 15") bestückter Käfig (16', 16") bei mechanischer Kopplung der Käfige mittels des Anzeigeringes (17) zugeordnet ist (Fig. 2).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben oder Schwimmer mit zwei direkt benachbarten, in entgegengesetzter Richtung magnetisierten ring- oder zylinderförmigen Magneten (2Γ, 21") bestückt ist, und der mit einer Vielzahl ferromagnetischer Kugeln (25) besetzte Kugelkäfig (26) in Höhe der Trennebene der beiden Magnete (2Γ, 21") angeordnet ist (F i g. 3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich jeder Endfläche (32', 32") der beiden Magnete (3Γ, 31") ein mit Kugeln (35', 35'") bestückter Käfig (36', 36'") bei mechanischer Kopplung aller drei Käfige mittels eines Anzeigeringes (37) zugeordnet ist (F i g. 4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden zur Durchflußanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufsatz (42) zur Aufnahme eines durch eine Feder (46) abgestützten, die Magnete (47, 47") tragenden Kolbens (43) mit aufgesetztem Strömungszapfen (44) von oben in ein Geradsitzgehäuse (41) eingeschraubt ist, wobei der von Kugeln (48) geführte Anzeigering (49) allseitig von einem durchsichtigen, skalierten Hohlzylinder (50) umgeben ist (F ig. 5).

6. Vorrichtung zur Durchflußanzeige nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (67', 67") unterhalb der Stützfeder (66) angeordnet sind (F i g. 6).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden zur Durchflußanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Magneten (85) bestückte Kolben (84) durch eine Feder (87) abgestützt innerhalb eines Durchgangsgehäuses (80) angeordnet ist, während der durch Kugeln (86) gelagerte Anzeigering (88) unter einem hohlzylinderförmigen Skalenrohr (89) das Durchgangsgehäuse (86) konzentrisch umgibt (Fig. 7).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden zur Niveauanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ein- oder beidendig mit dem Behälter verbundenen Standrohr (91) ein den oder die Magneten (93', 93") tragender, gegebenenfalls mit einer oder mehreren Bohrungen (89) versehener Schwimmer (92) sowie ein außerhalb des Standrohres (91) auf Kugeln (94) laufender Anzeigering (95) innerhalb eines innen oder außen skalierten, durchsichtigen Meßrohres (97) angeordnet sind (F ig. 8).